催化燃燒的性質(zhì)

廣州和風(fēng)環(huán)境技術(shù)有限公司 http:///催化燃燒的性質(zhì)是什么催化燃燒是借助催化劑在低溫下(200?400°C)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的完全氧化，因此，能耗少，操作簡(jiǎn)便，安全，凈化效率高，在有機(jī)廢氣特別是回收價(jià)值不大的有機(jī)廢氣凈化方面，比如化工，噴漆、絕緣材料、漆包線、涂料生產(chǎn)等行業(yè)應(yīng)用較廣，已有不少定型設(shè)備可供選用。一、催化原理及裝置組成催化劑定義催化劑是一種能提高化學(xué)反應(yīng)速率，控制反應(yīng)方向，在反應(yīng)前后本身的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變的物質(zhì)。催化作用機(jī)理催化作用的機(jī)理是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，這里僅做簡(jiǎn)介。在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，催化劑的加入并不能改變?cè)械幕瘜W(xué)平衡，所改變的僅是化學(xué)反應(yīng)的速度，而在反應(yīng)前后，催化劑本身的性質(zhì)并不發(fā)生變化。那么，催化劑是怎樣加速了反應(yīng)速度呢了既然反應(yīng)前后催化劑不發(fā)生變化，那么催化劑到底參加了反應(yīng)沒有?實(shí)際上，催化劑本身參加了反應(yīng)，正是由于它的參加，使反應(yīng)改變了原有的途徑，使反應(yīng)的活化能降低，從而加速了反應(yīng)速度。例如反應(yīng)A+B-C是通過(guò)中間活性結(jié)合物(AB)過(guò)渡而成的，即：A+B-[AB]fC 其反應(yīng)速度較慢。當(dāng)加入催化劑K后，反應(yīng)從一條很容易進(jìn)行的途徑實(shí)現(xiàn)：A+B+2K-[AK]+[BK]-[CK]+K-C+2K 中間不再需要[AB]向C的過(guò)渡，從而加快了反應(yīng)速度，而催化劑并未改變性質(zhì)。催化燃燒的工藝組成不同的排放場(chǎng)合和不同的廢氣，有不同的工藝流程。但不論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成。廢氣預(yù)處理為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒，廢氣在進(jìn)入床層之前必須進(jìn)行預(yù)處理，以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。預(yù)熱裝置預(yù)熱裝置包括廢氣預(yù)熱裝置和催化劑燃燒器預(yù)熱裝置。因?yàn)榇呋瘎┒加幸粋€(gè)催化活性溫度，對(duì)催化燃燒來(lái)說(shuō)稱催化劑起燃溫度，必須使廢氣和床層的溫度達(dá)到起燃溫度才能進(jìn)行催化燃燒，因此，必須設(shè)置預(yù)熱裝置。但對(duì)于排出的廢氣本身溫度就較高的場(chǎng)合，如漆包線、絕緣材料、烤漆等烘干排氣，溫度廣州和風(fēng)環(huán)境技術(shù)有限公司 http:///可達(dá)300°C以上，則不必設(shè)置預(yù)熱裝置。預(yù)熱裝置加熱后的熱氣可采用換熱器和床層內(nèi)布管的方式。預(yù)熱器的熱源可采用煙道氣或電加熱，目前采用電加熱較多。當(dāng)催化反應(yīng)開始后，可盡量以回收的反應(yīng)熱來(lái)預(yù)熱廢氣。在反應(yīng)熱較大的場(chǎng)合，還應(yīng)設(shè)置廢熱回收裝置，以節(jié)約能源。預(yù)熱廢氣的熱源溫度一般都超過(guò)催化劑的活性溫度。為保護(hù)催化劑，加熱裝置應(yīng)與催化燃燒裝置保持一定距離，這樣還能使廢氣溫度分布均勻。從需要預(yù)熱這一點(diǎn)出發(fā)，催化燃燒法最適用于連續(xù)排氣的凈化，若間歇排氣，不僅每次預(yù)熱需要耗能，反應(yīng)熱也無(wú)法回收利用，會(huì)造成很大的能源浪費(fèi)，在設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。催化燃燒裝置一般采用固定床催化反應(yīng)器。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)按規(guī)范進(jìn)行，應(yīng)便于操作，維修方便，便于裝卸催化劑。在進(jìn)行催化燃燒的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況，對(duì)于處理氣量較大的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)成分建式流程，即預(yù)熱器、反應(yīng)器獨(dú)立裝設(shè)，其間用管道連接。對(duì)于處理氣量小的場(chǎng)合，可采用催化焚燒爐（見圖16－13），把預(yù)熱與反應(yīng)組合在一起，但要注意預(yù)熱段與反應(yīng)段間的距離。在有機(jī)物廢氣的催化燃燒中，所要處理的有機(jī)物廢氣在高溫下與空氣混合易引起爆炸，安全問(wèn)題十分重要。因而，一方面必須控制有機(jī)物與空氣的混合比，使之在爆炸下限；另一方面，催化燃燒系統(tǒng)應(yīng)設(shè)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置和有防爆措施。二、催化燃燒用催化劑 由于有機(jī)物催化燃燒的催化劑分為貴金屬（以鉑、鈀為主）和賤金屬催化劑。貴金屬為活性組分的催化劑分為全金屬催化劑和以氧化鋁為載體的催化劑。全金屬催化劑是以鎳或鎳鉻合金為載體，將載體做成帶、片、丸、絲等形狀，采用化學(xué)鍍或電鍍的方法，將鉑、鈀等貴金屬沉積其上，廣州和風(fēng)環(huán)境技術(shù)有限公司 http:///然后做成便于裝卸的催化劑構(gòu)件。由氧化鋁作載體的貴金屬催化劑，一般是以陶瓷結(jié)構(gòu)作為支架，在陶瓷結(jié)構(gòu)上涂覆一層僅有0.13mm的a-氧化鋁薄層，而活性組分鉑、鈀就以微晶狀態(tài)沉積或分散在多孔的氧化鋁薄層中。 但由于貴金屬催化劑價(jià)格昂貴，資源少，多年來(lái)人們特別注重新型的、價(jià)格較為便宜的催化劑的開發(fā)研究，我國(guó)是世界上稀土資源最多的國(guó)家，我國(guó)的科技工作者研究開發(fā)了不少稀土催化劑，有些性能也較好。 三、催化劑中毒與老化在催化劑使用過(guò)程中，由于體系中存在少量雜質(zhì)，可使催化劑的活性和選擇性減小或者消失，這種現(xiàn)象叫催化劑中毒。這些能使催化劑中毒的物質(zhì)稱之為催化劑毒物，這些毒物在反應(yīng)過(guò)程中或強(qiáng)吸附在活性中心上，或與活性中心起化學(xué)作用而變?yōu)閯e的物質(zhì)，使活性中心失活。 毒物通常是反應(yīng)原料中帶來(lái)的雜質(zhì)，或者是催化劑本身的某些雜質(zhì)，另外，反應(yīng)產(chǎn)物或副產(chǎn)物本身也可能對(duì)催化劑毒化，一般所指的是硫化物如H2S、硫氧化碳、RSH等及含氧化合物如H2O、CO2、O2以及含磷、砷、鹵素化合物、重金屬化合物等。 毒物不單單是對(duì)催化劑來(lái)說(shuō)的，而且還針對(duì)這個(gè)催化劑所催化的反應(yīng)，也就是說(shuō)，對(duì)某一催化劑，只有聯(lián)系到它所催化的反應(yīng)時(shí)，才能清楚什么物質(zhì)是毒物。即使同一種催化劑，一種物質(zhì)可能毒化某一反應(yīng)而不影響另一反應(yīng)。 按毒物與催化劑表面作用的程度可分為暫時(shí)性中毒和永久性中毒。暫時(shí)性中毒亦稱可逆中毒，催化劑表面所吸附的毒物可用解吸的辦法驅(qū)逐，使催化劑恢復(fù)活性，然而這種可再生性一般也不能使催化劑恢復(fù)到中毒前的水平。永久性中毒稱不可逆中毒，這時(shí)，毒物與催化劑活性中心生成了結(jié)合力很強(qiáng)的物質(zhì)，不能用一般方法將它去除或根本無(wú)法去除。 催化劑的老化主要是由于熱穩(wěn)定性與機(jī)械穩(wěn)定性決定的，例如低熔點(diǎn)活性組分的流失或升華，會(huì)大大降低催化劑的活性。催化劑的工作溫度對(duì)催化劑的老化影響很大，溫度選擇和控制不好，會(huì)使催化劑半熔或燒結(jié)，從而導(dǎo)致催化劑表面積的下降而降低活性。另外，內(nèi)部雜質(zhì)向表面的遷移，冷熱應(yīng)力交替所造成的機(jī)械性粉末被氣流帶走。所有這些，都會(huì)加速催化劑的老化，而其中最主要的是溫度的影響，工作溫度越高，老化速度越快。因此，在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)選擇合適的反應(yīng)溫度將有助于延長(zhǎng)催化劑的壽命。但是，過(guò)低的反應(yīng)溫度也是不可取的，會(huì)降低反應(yīng)速率。為了提高催化劑的熱2i【i岡廣州和風(fēng)環(huán)境技術(shù)有限公司 http:///穩(wěn)定性，常常選擇合適的耐高溫的載體來(lái)提高活性組分的分散度，可防止其顆粒變大而燒結(jié)，例如以純銅作催化劑時(shí)，在200°C即失去活性，但如果采用共沉積法將Cu載于Cr203載體上，就能在較高的溫度下保持其活性。催化燃燒法是借助催化劑使有機(jī)物廢氣在較低的起燃溫度條件下進(jìn)行無(wú)焰燃燒分解為二氧化碳和水蒸汽,并放出大量熱能,用化學(xué)式表示如下：GHm+5+m/4/O：云專歲冊(cè)芒C6+羅氏0+熱量在催化燃燒中,催化劑的作用是:提高反應(yīng)速率;降低反應(yīng)溫度;減少反應(yīng)器的體積。目前用于催化燃燒的催化劑除鉑、鈀類貴金屬外,非金屬催化劑的研制與應(yīng)用也日益廣泛。對(duì)于碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?催化劑的活性順序?yàn)椋篜d>Pt>CO3O4>PdO>CrO3>Mn2O3>CuO>CeO2>Fe2O3>V2O5>NiO>Mo2O3>TiO2在催化劑的性能指標(biāo)中,空間速度Vs表示催化裝置處理廢氣的能力,其定義式為:催化燃燒主要流程：有機(jī)廢氣的濃度必須控制在相應(yīng)有機(jī)物爆炸極限的25%以下,當(dāng)有機(jī)廢氣濃度有可能超過(guò)此值時(shí),應(yīng)安裝野風(fēng)閥將其沖淡到安全值。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用靈敏可靠的溫度、濃度測(cè)定裝置,以隨時(shí)進(jìn)行人工或自動(dòng)調(diào)節(jié)。為防止有機(jī)廢氣在催化劑床層上燃燒時(shí)的火焰蔓延,應(yīng)在有機(jī)廢氣進(jìn)入凈化裝置前安裝阻火器。目前較多采用干式阻火器,阻火材料通常為玻璃球、礫石、多孔金屬板、金屬絲網(wǎng)等。(1)催化燃燒凈化裝置點(diǎn)火前,必須用空氣將風(fēng)道、燃燒室等吹掃干凈,以消除可能聚集在這些部位的可燃?xì)怏w,防止點(diǎn)火時(shí)發(fā)生起火或爆炸。(2)設(shè)備中可能積存有油污、凝液等可燃物質(zhì),它們?cè)谠O(shè)備開始運(yùn)行加熱時(shí)會(huì)汽化成為可燃、可爆的氣體,從而有可能導(dǎo)致爆炸。因此在點(diǎn)火前應(yīng)將這些物質(zhì)清除干凈。(3)點(diǎn)火時(shí)應(yīng)以火等氣,不能以氣等火。有機(jī)物RH在催化劑作用下完成氧化，一般需經(jīng)過(guò)以下步驟：1.反應(yīng)物分子由氣相擴(kuò)散到催化劑表面；2.通過(guò)細(xì)孔由外表面向內(nèi)表面擴(kuò)散；3.克服氣固界面膜的阻力被催化劑表面的活性部位吸附(至少吸附一種反應(yīng)物)；4.被活化的吸附物與另一種活化的吸附物、或物理吸附物、或直接來(lái)自氣相之廣州和風(fēng)環(huán)境技術(shù)有限公司 http:///間的反應(yīng)物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；5.反應(yīng)物從催化劑表面脫附6.脫附物通過(guò)細(xì)孔想催化劑外表擴(kuò)散；7.有外表面向氣相擴(kuò)散。多數(shù)工業(yè)氣相反應(yīng)總速度都受催化劑內(nèi)擴(kuò)散或催化劑與流體之間的傳熱速度所控制。如需了解更多的廢氣處理相關(guān)知識(shí)，可以咨詢廣州和風(fēng)環(huán)境技術(shù)有限公司，一家以環(huán)保工程、產(chǎn)品制造與技術(shù)服務(wù)三大價(jià)值鏈為核心，以技術(shù)進(jìn)步和科技創(chuàng)新為支撐的產(chǎn)業(yè)構(gòu)架體系，業(yè)務(wù)范圍已涉及給排水、廢氣、噪音治理、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、能源報(bào)告書、節(jié)能工程等工程承包及運(yùn)營(yíng)管理、設(shè)備制造、安裝