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采用催化燃烧技术对有机废气进行净化

发布时间:2021-02-02 人气:120 来源:合肥废气处理

由于有机废气通常含有挥发性有机物(VOCs),世界各国都通过立法不断限制VOCs的排放,美国《大气净化法》规定在未来几年内将VOCs排放量减少90%,其中70%为挥发性有机化合物。国家在2013年颁布的《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》中提出:VOCs污染防治应坚持从源头、过程控制到末端治理的综合防治原则。从原料到产品,从生产到消费,到2020年,基本实现VOCs全过程减排。在有机尾气的末端治理工艺中,催化燃烧技术适合处理大流量、低浓度的有机尾气,符合当今社会倡导的高效低耗、节能环保的理念。

催化燃烧法的应用特点。

气相-固相法催化燃烧技术是一种典型的气相-固相催化反应,其本质是有机物质深度氧化过程中活性氧的参与。这类有机物在固体催化剂表面进行氧化,通过吸附作用使有机分子富集,从而提高反应速度,借助于催化剂降低反应活化能,使之在较低的起燃温度下无焰燃烧,生成CO2、N2和H2O,释放大量热量。与传统的火焰燃烧相比,催化燃烧具有以下优点:

无火焰燃烧,具有良好的安全性,净化率在95%以上;

对可燃性组分的浓度和热值的限制较小,起燃温度低,能耗低,运行费用低;

(3)适应高浓度氧范围,燃烧缓和操作便于管理;

(4)起燃温度低,对空气中N2高温燃烧形成的热力学型NOx的抑制作用较大。与此同时,选择性催化,限制了燃料中含氮化合物(RNH)的氧化,使大部分物质形成氮(N2),减少了二次污染;

催化燃烧几乎可以处理各种成分复杂的有机废气,如所有烃类和恶臭气体,适用范围很广。对有机化工、涂料、绝缘材料等行业中排放浓度低,成分多,无回收价值的有机废气都有较好的处理效果。

不利之处是工艺条件要求严格,废气不应含有影响其使用寿命和净化效率的催化剂毒物或烟尘颗粒。所以催化燃烧技术必须先对有机废气进行预处理。第二,为了防止催化剂中毒,不适合处理燃烧过程中产生大量硫化物和氮氧化物的废气。

催化剂的化学成分及活性。

3.催化剂和载体。

一般情况下,催化剂由活性组分、助剂和载体等组成,活性组分负载于比表面积较大的载体上,在催化反应中,载体除可使活性组分分分散化外,还可提高催化剂的稳定性、选择性和活性等。因此,催化剂的活性不仅取决于活性组分的分布,还取决于载体的粒径大小和化学状态,即载体对催化剂的催化性能和寿命的影响很大。催化活性成分可以分为贵金属、非贵金属氧化物:贵金属Pt、Pd是低温催化燃烧最常用的催化剂,它们的优点是催化活性高,抗毒性好,缺点是活性成分易挥发、烧结,价格较高;非贵金属催化剂主要有过渡金属铜、锰、铬等氧化物,以及钙钛矿型复合氧化物催化剂,价格较低,耐热性能好,缺点是催化活性较低,需要较高的起燃温度。

2.催化剂中毒及其防治主要有三种类型。

第一,催化剂完全中毒。毒性与催化剂活性中心产生的结合力很强,用常规方法无法或根本不能除去;

2)催化反应的抑制。其中卤素、硫化物易与活性中心结合,具有可逆性。

(3)沉积物覆盖作用中心。烧炭、陶瓷粉尘等微粒堵塞催化剂活性中心,影响催化剂的吸附能力,活性降低;

降低催化剂活性的衰减措施包括:根据操作规程精确控制反应条件;对废气进行预处理,防止催化剂中毒;吹入过多空气,提高燃烧温度,降低催化剂活性;改进催化剂制备工艺,提高催化剂的耐热性和抗毒性。

三是催化燃烧工艺过程。

按照尾气预热和富集方式的不同,催化燃烧的工艺流程可分为预热、自然热平衡和吸附-催化燃烧三种。

3.1预热型。

在有机废气温度和浓度较低时,进入反应器前需先在预热室加热,燃烧净化后的气体在热交换器中与未处理的废气热交换,以回收一部分热量。

3.2自热平衡式。

在有机废气温度高于起燃温度且有机物含量较高时,热交换器回收一部分热量,在正常运行中能保持热平衡,无需补充热量。

3吸附-催化燃烧。

在催化燃烧时,当有机废气气体流量大,浓度低,温度低,燃料消耗高时,可先用吸附手段将有机废气吸附到吸附剂中进行浓缩,然后用热空气吹扫,将有机废气脱附,转化为高浓度的浓缩有机废气,再进行催化燃烧。反应过程中的有机废气首先向催化剂表面扩散,吸附;被吸附的反应物与氧气在催化剂表面重新组合,发生化学反应;最后,由催化剂表面脱附生成物,离开催化剂表面向周围介质扩散。在不需要外部热源的情况下,使浓缩有机废气达到自身热平衡运行。

有机废气的催化燃烧技术进展。

4.1催化燃烧技术在净化汽车尾气中的应用。

利用安装在汽车尾气中的催化转化器,将尾气中的CO、CH和NOx等气体转化为CO2、H2O和N2等三元催化剂,从而实现汽车尾气的催化净化。为了防止催化剂中毒,必须使用含硫,含铅的燃料。开发具有原位NOx还原能力的催化剂,在大量过量氧的存在下,使汽车发动机节省25%的燃料。伴随着新材料的应用和低硫汽油的推广,催化燃烧技术具有广阔的市场前景。

4.2催化燃烧处理二恶英气体的应用

采用催化燃烧技术处理二恶英气体,在240℃-260℃和8000r/h时,二恶英的脱除率可达99%,其浓度可降到0.1ng/m3以下。排气中的前驱物质,如多氯联苯并呋喃,基本完全分解,氮氧化物进行选择性催化还原反应,生成无害的氮气。

4.3催化燃烧应用于工业有机废气处理。

石化、油漆、涂料、轮胎制造等工业生产过程中所产生的有机挥发性物质的使用和排放。如果这些挥发性有机物(VOC)未经处理直接排放到大气中,将对环境造成严重污染。通过催化燃烧净化处理技术,使有机物分子在催化剂表面发生深度氧化作用,使二氧化碳和水转化为无害的物质。催化剂燃烧技术已经从试验阶段进入了工程实践阶段,逐步在石化、农药、印刷、涂料等行业的有机废气的净化处理中得到应用。

结论。

催化剂燃烧技术的研究和应用已进入快速发展阶段,其内容涉及催化材料制备、实际反应过程和污染物特性分析等。因此结合实际应用中的工艺条件和反应机理研究,提高催化剂性能,开发抗毒性强、转速大、比表面积大、低起燃点的非贵金属催化剂,以降低工艺成本和操作成本;将催化燃烧装置向大型化、整型和节能型方向发展,是未来应用领域的研究重点。



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