VOCs废气处理催化燃烧设备技术

VOCs废气处理催化燃烧设备技术

 

一、催化燃烧的原理

 

在催化剂的帮助下，有机废气可以在低起燃温度下无焰燃烧，氧化分解为CO2和H2O，同时可以释放***量的热量。

 

(1)起燃温度低，反应速度快，节能。在催化燃烧过程中，催化剂可以降低VOCs与氧分子反应的活化能，改变反应路径。

 

(2)处理效率高，二次污染物和温室气体排放量小。催化燃烧处理的VOC废气净化率通常在95%以上，***终产物主要是CO2和H2O。由于催化燃烧的温度低，氮氧化物的产生******减少。辅助燃料消耗排放的CO2量占总CO2排放量的比例较***，辅助能源消耗减少，明显减少了温室气体CO2的排放。

 

(3)应用范围广，催化燃烧可以处理几乎所有的烃类有机废气和恶臭气体，适合处理的VOCs浓度范围广。对于低浓度、***流量、多组分、无回收价值的VOC废气，采用催化燃烧法处理是经济合理的。

 

二、催化燃烧催化剂的活性组分

 

工业催化剂由活性组分、助剂和载体组成，其中活性组分及其分布、粒径和催化剂载体对催化效果和使用寿命有很***影响。催化燃烧VOCs的催化剂的活性成分可分为贵金属氧化物和非贵金属氧化物。

 

贵金属是低温催化燃烧常用的催化剂。它的***点是活性高，抗硫性***，缺点是活性成分易挥发和烧结，易氯中毒，价格高，资源短缺。

 

2.1贵金属催化剂

 

铂、钯、钌等贵金属对烃类及其衍生物的氧化具有较高的催化活性，且使用寿命长、适用范围广、易于回收，是常用的废气燃烧催化剂。比如***内较早采用的Pt-AI: O，催化剂就属于这类催化剂。然而，由于其资源稀缺、价格昂贵、抗毒性差，人们一直在努力寻找替代品，并将消费降至***。

 

2.2非贵金属氧化物催化剂

 

非贵金属氧化物催化剂主要包括钙钛矿型、尖晶石型和复合氧化物催化剂，价格相对较低，也表现出******的催化性能。例如，钙钛矿型催化剂在高温下具有******的热稳定性，尖晶石型催化剂具有***异的低温活性，但其缺点是催化活性相对较低，起燃温度较高。

 

2.3双氧化物催化剂

 

一般认为是由于结构或电子的相互作用补充谭明霞等。:VOC催化燃烧技术385调制，复合氧化物的活性高于对应的单一氧化物。主要有以下两类。

 

(1)钙钛矿型复合氧化物

 

在一定条件下，稀土和过渡金属氧化物可以形成通式为ABO的天然钙钛矿型复合氧化物，其活性明显***于相应的单一氧化物。a为四面体结构，B为八面体结构；a和B形成交替的三维结构，容易置换产生晶格缺陷，即催化活性中心，表面晶格氧提供高度活性的氧化中心，从而实现深度氧化反应。常见的有BaCuO:，LaMnO3等等。

 

(2)尖晶石型复合氧化物

 

尖晶石作为一种重要的复合氧化物结构类型，以AB2X4表示，对深度氧化也具有***异的催化活性。如果一氧化碳催化燃烧的燃点落在低温区(约80℃)，碳氢化合物可以在低温区完全氧化。其中研究了比较活跃的cumn: o。尖晶石对芳烃有很***的活性。如果c，h .完全燃烧只需要260℃就可以实现低温催化燃烧，具有***殊的现实意义。

 

2.4过渡金属氢化物催化剂

 

作为替代贵金属的催化剂，使用具有强氧化性的过渡金属氧化物。碳氢化合物和一氧化碳也有较高的活性，同时降低了催化剂的成本，如MnOx、CoOx和CuOx。***连理工***学研制的含MnO:催化剂在一定条件下能消除CH和OH蒸气。o、C3H60、C6H .蒸汽去除也是有效的。

 

三、催化剂载体和模式

 

3.1载体

 

VOC净化催化剂的载体主要有两种:一种是球形或片状；另一种是整体多孔蜂窝。金属负载催化剂具有导热性***、机械强度高的***点，但缺点是比表面积小。颗粒载体的***点是比表面积***，缺点是载体之间相互摩擦，导致压降***，活性组分磨损。蜂窝陶瓷载体是一种理想的载体类型，比表面积高，比球粒柱压降低，机械强度、耐磨性和抗热震性较***。

 

3.2负载模式

 

催化剂的活性组分可以通过以下方式沉积在载体上:(1)电沉积在卷绕或压制的金属载体上；(2)沉积在粒状陶瓷材料上；(3)沉积在蜂窝结构的陶瓷材料上。

 

四、催化剂失活

 

4.1停用

 

随着时间的延长，催化剂的活性会逐渐降低，直至失活。催化剂失活有三种主要类型。

 

(1)催化剂完全失活

 

使催化剂失活的毒物包括快速和慢速作用的毒物。速效毒物主要包括磷和砷，缓效毒物包括铅和锌。通常，催化剂失活是由于毒物和活性组分结合或熔化成合金。对于速效毒物，即使少量也能迅速使催化剂失活。

 

(2)催化反应的抑制

 

卤素和硫的化合物很容易与活性中心结合，但这种结合是相对松散的、可逆的和暂时的。当废气中的这些物质被去除时，催化剂活性可以恢复。

 

(3)沉积覆盖活动中心

 

不饱和化合物的存在导致积碳。此外，陶瓷粉尘、氧化铁化合物等颗粒物堵塞活性中心，影响催化剂的吸附和脱附能力，导致催化剂活性下降。

 

4.2预防措施

 

为防止催化剂活性衰减，可采取以下相应措施:

 

(1)根据操作规程，正确控制反应条件。

 

(2)当催化剂表面烧焦时，通过吹入新鲜空气烧掉烧焦的表面来提高燃烧温度。

 

(3)废气预处理，去除毒物，防止催化剂中毒。

 

(4)改进催化剂的制备工艺，提高催化剂的耐热性和耐毒性。

 

五、催化燃烧工艺流程

 

根据废气的预热方式和富集方式，催化燃烧过程可分为三种类型。

 

(1)预热型

 

预热是催化燃烧的基本流动形式。有机废气温度在100℃以下，浓度低，热量不能自给，需要在预热室加热后才能进入反应器。燃烧净化后的气体在热交换器中与未处理的废气进行热交换，回收部分热量。该过程通常使用煤气或电加热将温度升高到催化反应所需的起燃温度。

 

(2)自热平衡公式

 

有机废气排放时，温度高于起燃温度(约300℃)，有机物含量较高。热交换器回收净化气体产生的部分热量，可以在正常运行下保持热平衡，无需补充热量。催化燃烧反应器点火一般只需安装电加热器。

 

(3)吸附-催化燃烧

 

当有机废气流量***、浓度低、温度低、催化燃烧需要消耗***量燃料时，可以通过吸附手段将有机废气吸附在吸附剂上进行浓缩，然后通过热空气吹扫将有机废气脱附成高浓度有机废气(可浓缩10倍以上)，再进行催化燃烧。此时，无需补充热源即可维持正常运行。

 

有机废气催化燃烧工艺的选择主要取决于:

 

(1)燃烧过程中释放的热量，即废气中可燃物的类型和浓度。

 

(2)起燃温度，即有机组分的性质和催化剂活性。

 

(3)热回收率等。当回收的热量超过预热所需的热量时，无需外部补充热源即可实现自身热平衡运行，经济实惠。