摘(zhāi)要:催化燃燒(shāo)裝置是目前處理揮(huī)發性有機(jī)物(wù)比較有效的技術,催(cuī)化燃燒裝置核心的部件是催化燃燒床。催化床負載的貴金屬或者過度金屬催(cuī)化劑、複(fù)合型催化劑對不同汙染因(yīn)子的去除有不同的(de)作用,實際應用中應該重視對在不同工業生產工藝產(chǎn)生的有(yǒu)機廢氣采取不同催化劑的優選,以期獲得(dé)高的處(chù)理效率、較(jiào)低的建設成本的結果。使用過程(chéng)中(zhōng)要采取多種清洗複新技術,防止催化劑中毒或高溫失活。
關鍵詞:催化燃燒;催化劑;中毒;催化劑選擇
一、催化燃燒的催化劑
在化學反(fǎn)應裏能改變(加快或減慢)其他(tā)物(wù)質(zhì)的化學反應(yīng)速率(lǜ),而本(běn)身的質量和化學性質在(zài)反應前後都沒有發生變化的物質叫做催化(huà)劑,又叫觸媒。在反應中其物理性質可能會發生改變,例如二氧(yǎng)化錳(MnO2)在催化氯(lǜ)酸鉀(KClO3)生成氯化鉀(KCl)和氧氣(O2)的反應(yīng)前後由塊狀變為粉末狀。催化劑的構成(chéng)有的是單一化合物,有的(de)是絡合化合物,有的是混(hún)合物。催化劑有使某一反應加速,而較少影響其它反應的性能,稱為催化劑(jì)的選擇性,而催化燃燒的反應形式需要在一定溫度下進行。
催化劑種類繁多,按狀態(tài)可分(fèn)為液體催化劑(jì)和固體催化劑;按(àn)反應體係的相態分為均相催化劑和多相催化劑(jì),均相催化劑有酸、堿、可溶性過渡金屬化合物和過氧化物催化劑(jì)。按(àn)照作用大小還分為主催化劑和助催化劑。
目前對催(cuī)化劑(jì)的作用原(yuán)理應該說(shuō)還沒有完全(quán)弄清楚。在大多數情況下,人(rén)們(men)認為催化劑本身和反應物一起參加了化學反應,降低了反應(yīng)所需要的(de)活化能力。有些催化反應是由於形成了很容易分解的"中間產物",分(fèn)解時催化劑恢複了原來的化學組成,原反應物就變成了生(shēng)成物。有(yǒu)些催化反應是由本身的吸附作用,吸附作(zuò)用僅能在(zài)催化劑表麵最活潑的區域(yù)(叫做活性中心點)進行。活性中(zhōng)心的區域越大或越多,催化劑(jì)的活性(xìng)就越強(qiáng)。反應物裏有的物質參與反應時,可能使催化劑的活性減弱或失去,這種(zhǒng)現象叫做催化劑的中毒,會降低催化能力(lì)。有的中毒是不可逆的,例如磷、砷,屬(shǔ)於可能出現在溫度影響下快速中毒,鉛、鋅等類中毒(dú)慢些,主要是(shì)在催化麵(miàn)上形成合(hé)金類,失去催化功能。有些中毒現象是可逆的,根據(jù)影響因子的(de)含量濃度是緩(huǎn)慢的,失活程度也不同。例如鹵族與(yǔ)硫的中(zhōng)毒就(jiù)是(shì)比較慢,形(xíng)成物結構比較鬆弛,可逆的,因子消失後(hòu)可以複活。有些不飽和化合(hé)物會在催化床表麵形成碳的集聚結碳,也被看(kàn)做是一種中毒現象。催化劑中毒(dú)的失活往往表現為活性迅(xùn)速下降。活性組分在使用過程中(zhōng)被磨損或升華造成丟失也導致永久性失活,這類(lèi)失活往往難以簡單地恢複。
催化劑和反應物(wù)同處於一相,沒(méi)有相界存在而進行的(de)反應(yīng),稱為均項催(cuī)化作用,能起(qǐ)均(jun1)相催化的催化劑為均相催化劑。均相催化劑包括液體酸、堿性催化劑和(hé)可溶性過度金屬化合物等。均相催化劑以分子(zǐ)或離子獨(dú)立起作用(yòng),活性中心均一,具有高活性。很多使用在化工工藝當中,起到促進合成或分離作用。
催化燃燒是典型的氣-固相催化反應,它借助催化劑降低了反應的活化能,使其在較低(dī)的起燃溫度(dù)200~ 300℃下進行無焰燃燒,有機物質氧化發生在固體(tǐ)催化劑表麵,同時產生CO2和H2O,並放出大量的熱量,因其氧化反應溫度低,不是明火燃燒,其(qí)安全性較為(wéi)高。
與傳統的火(huǒ)焰燃(rán)燒相比(bǐ),催化燃燒有著很大的優勢:
(1)起(qǐ)燃溫度低,能耗少(shǎo),燃燒易達穩定,很多有機物濃度達到1500mg/㎡左右就能很(hěn)好的(de)起燃燃燒,起燃(rán)溫度到達後達到平衡穩定後,無需外界加熱就(jiù)能維持自(zì)然,完成氧化反應。
(2)淨化效率高,可以達(dá)到90-98%的去除(chú)率,汙染物的排放水平較低,基本可以達到現有的排放表準。
(3)適應氧濃度範圍大,噪音小,無二次汙染,比如由於是低溫燃(rán)燒,基本不出現(xiàn)氮氧化合物,氮氧化合物的生成溫度一般在1000℃以上出現,而催化燃燒控製的溫度一(yī)般最高550℃,這個溫度(dù)下(xià)基本不出現氮氧化合物。催化燃燒由於 燃(rán)燒溫度溫和,運行(háng)費用較低低,操作管理也很方便。
目前國內外主要研究的催化(huà)劑基本上有兩大類:一類為貴金屬催化劑(jì),這類催化(huà)劑的(de)活性和穩(wěn)定性好,技術(shù)較(jiào)為成熟,但(dàn)貴金(jīn)屬價格高,同時也存在(zài)中毒現(xiàn)象;另一類為過度金屬氧化(huà)物催(cuī)化劑、複氧化(huà)物催化劑(鈣鈦型複氧化(huà)物和尖晶石型複氧化物)。目前,尋找來源豐富、價格低廉、性能相當的非貴金屬催化(huà)劑,以替代傳統的貴金屬催化劑(jì)用於催化燃燒(shāo)過程已成為了研究的一(yī)個重要方向,也出(chū)現了(le)很多非貴金屬的新型催化劑(jì)。
催化燃燒(shāo)對催化劑的基本要求是:既能抑製燒結、保持活性物質具有較大的比表麵積及良好的熱穩定性,又要具有一定的活性。可起到催化劑活性組分或助催化的作用,並且要有高的機械強度以及對燃質中所含毒性有較高的耐腐蝕性。對於中毒(dú)發生後能有較經濟、操作性強的(de)原位複新功能也是催化劑選擇的要素條件。
催化劑的(de)發展應是高效化、低腐蝕化、納米化、環保化。高效可(kě)以用量更少,低腐蝕可減少對設備的損害,納米化可使金(jīn)屬氧(yǎng)化物催化劑效率更高,環保(bǎo)化有益於健康和環境友好。
工業生產的(de)應用
常見的,民(mín)眾較為廣(guǎng)知的汽(qì)車排氣淨(jìng)化裝置。汽車尾氣催化淨化劑其(qí)應用(yòng)原理是在汽車排氣管尾部安裝催化轉(zhuǎn)化(huà)器,CO、HC和NOx借助燃(rán)燒催化劑的作用(yòng),發生氧(yǎng)化還原反應而轉化為無毒的CO2、H2O和N2。所(suǒ)用催化劑為通常所(suǒ)說的三效催化劑,人們習慣說的三元催(cuī)化器。既有把氮氧化物(NOX)還原的功能,同時又有把CO和烴類(lèi)氧(yǎng)化的功能。但是要求必須使用(yòng)含硫量低的燃油,以防止SOx吸附於催化劑上(shàng)而導致(zhì)催化劑的活性中心中毒。
石油化工中的結焦不僅會使爐管傳(chuán)熱係數(shù)降低、造成局部過熱現(xiàn)象、縮短爐管壽命,而且會降低裝置處理量,嚴重(chóng)製約裝置的正常運轉,因此(cǐ)需要定期燒(shāo)焦。計算機控製(zhì)下蒸汽-空氣在(zài)線燒焦是目前國內采用的較為先進的技術(shù),但(dàn)其存在的較大問題是燒焦(jiāo)時間過長。如(rú)果在石油化工裝置燒焦過(guò)程中,加入(rù)一種燒焦助燃劑,就可以通過降(jiàng)低燒焦反應的活化(huà)能,大幅度(dù)提高燒焦反應速度,就能夠在較低(dī)的溫度下,達到縮短(duǎn)燒焦時間的目的。
國外開發了一種適(shì)用於烴油(yóu)加熱爐爐管的催化燒焦方法。可用來取代傳統的使用蒸汽+空氣的爐管燒焦方法。新方法是在(zài)蒸汽中混入催化劑,使燒焦反應熱大大減少,故其燒焦速度比傳統熱燒焦方法快3倍(bèi)。由於燒焦時間大大縮短,也即減少了停工時間,因而提高了爐(lú)子開工率。所用催化(huà)劑是一種不含重金屬的無毒化合物,以水溶液形式被注入(rù)通入爐管的蒸汽流中,爐溫可由(yóu)燃燒器控製穩(wěn)定。因(yīn)燒焦速度快,又不存在超溫過熱的(de)危險,所以使爐管的燒焦操作很容易控製,國內現在也引入了這些(xiē)技術。
實驗室的分析儀器載氣的淨化(huà)很早就使用,過去標準氣生產供應困難,儀(yí)器空氣載氣一般使用(yòng)壓縮機產氣,會有油氣出來,為了載氣(qì)的純淨,出氣段需要除烴,就使(shǐ)用帶催化燃燒的除(chú)烴裝置,溫(wēn)度一般控製在260度(dù)左右,冷卻後進入色譜。
催化燃燒製作的傳感器,用於儀器檢測有機氣體濃度,或者在化(huà)工自動化作為信號調(diào)節。
催化(huà)燃燒法,簡稱RCO,是(shì)在催化劑的作用下,將VOCs在200~400℃的低溫條件下分(fèn)解為CO2和H2O,是淨化碳氫化合物等有機廢氣、消除惡臭的有效手段(duàn)之一。在有機廢氣特別是回(huí)收價值不大的有機廢氣淨化方麵,比(bǐ)如化工、噴漆、絕緣材(cái)料(liào)、漆包線(xiàn)、塗料生產等行業應用較廣(guǎng)。與熱力燃燒法相比,催化燃燒所需的輔助燃料(liào)少,能量消耗低,設備設施的體積小。RCO具有RTO(蓄熱式熱力焚化爐)高效回收能量的特點和催化反應的低溫(wēn)工作的優點,將催化劑置於蓄熱材料的頂部(bù),來使(shǐ)淨化達到最優,其熱回收率高達95%。該技術是將(jiāng)有機物分子在催化劑表麵作用發生(shēng)深度氧化轉化為無害的二氧化碳和水的(de)方法,又(yòu)稱為(wéi)催化完全氧化或催化深度氧化方法。開始的時候主要使用貴金屬來負載,進行催化,近些越來多的低成本的非貴金屬催化劑出現在工藝上采用,催化劑基本由CuO、MnO2、銅錳尖晶石、ZrO2、CeO2、等構(gòu)成,也能(néng)像貴金屬催化劑近似,可以大大降低催化(huà)燃(rán)燒的反應溫(wēn)度,提高催(cuī)化活性。目前催化床的材料形式(shì)一般有陶(táo)瓷蜂窩,陶瓷折板模塊,金屬折板模塊、陶粒負載,或者利用機械混合(hé)後造粒燒結的方式(shì)等。常見的是(shì)陶(táo)瓷(cí)蜂窩,塗(tú)層由貴(guì)金屬負載或者一種或幾種堿土(tǔ)金屬氧化物共(gòng)同(tóng)形成的複合氧化物組成負載,,貴金(jīn)屬活性組分以浸漬法擔載,因而具有良好的耐高溫性能和較高的去除率,其有效利用率很高(gāo)。一般負(fù)載形式有沉(chén)澱法,浸(jìn)漬法,溶膠(jiāo)-凝膠法。經過上(shàng)述處理後,模塊自然幹燥或者低溫烘幹,然後再規(guī)定的溫度下升溫燒結,最後達到一定的負(fù)載厚度和機械強(qiáng)度,完成產(chǎn)品的製作。
基本工藝路
不同的排放場合和不同的廢(fèi)氣,有不同的工藝(yì)流程。但不論采取哪種工藝流程,都(dōu)由如下工藝單元組成:
預處理裝置:
為(wéi)了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒,廢(fèi)氣在進入床層之(zhī)前必須進行預(yù)處理,以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。 國內的前級(jí)淨化等級一(yī)般要求100mg/m3,國外(wài)的一些裝置要(yào)求高,日本的這類裝置進口顆粒物要(yào)20mg/m3以下,德國的杜爾公(gōng)司要求10mg/m3。
預熱(rè)裝置:
預熱裝置包括(kuò)廢氣預熱裝置和催化(huà)劑燃燒器預熱裝置。因為催化劑都有一個(gè)催化活性(xìng)溫度,對催化燃燒來說稱催化劑起燃溫度,必須使廢氣和床層的溫(wēn)度達(dá)到起燃溫度才能(néng)進行催化燃燒,因(yīn)此(cǐ),必須設置預熱裝置。但(dàn)對於排出的廢氣本身溫度就(jiù)較高的場合(hé),如漆包線、絕緣(yuán)材料、烤漆等烘幹排氣,溫度可達300℃以上,則不必設置(zhì)預熱裝(zhuāng)置。預熱(rè)裝置加熱(rè)的(de)熱能傳遞可采用換熱器和床層內布管的(de)方式。預熱(rè)器的熱源可采用煙道氣(qì)或電加熱(rè),目前采用電加熱較多(duō)。當催化反應開始後,可盡量以回收的(de)反應(yīng)熱(rè)來預熱廢氣。在反應熱較大的場合,還應設置廢熱(rè)回收裝置,以節約能源。
吸附濃縮裝置(zhì)
在(zài)工業生產過程中,為了提高濃(nóng)度,壓縮廢氣量,會設置(zhì)吸附濃縮段,即吸附有機物廢氣的活(huó)性炭床、沸石床。吸附床吸(xī)附(fù)到一定時間(jiān)和(hé)濃度,就可(kě)用催化燃燒後的廢氣對吸附床進行脫附再生,脫附後的氣體再送催化燃燒室進行淨化,不需外加能量(liàng),運轉費用低,節能效果顯著(zhe)。如果采用微機集中控製係統,可以使設備(bèi)運行、操作過(guò)程實現全自動化,運行(háng)過程可以提(tí)高裝置的安全、穩定、可靠性能。
一般流程為(wéi):吸附(fù)床脫附的(de)或者汙(wū)染(rǎn)源(yuán)排放的有機尾氣通過引風機進入設備的旋轉閥(fá),通過旋轉閥將進口氣體首先通過陶瓷材料填充(chōng)層(底層)預熱完成熱交換,其溫(wēn)度幾乎達到催化層(中層)進行催化(huà)氧化所(suǒ)設定的溫度,這時其中部分汙染(rǎn)物氧化分解;廢氣(qì)繼續通(tōng)過加熱區(上層(céng),可采用電加熱(rè)方式或天然氣加(jiā)熱方(fāng)式)升溫,並維持在(zài)設定溫度;其再進入催化層完成(chéng)催化氧化反應,即反應生成(chéng)CO2和H2O,並釋(shì)放(fàng)大量的(de)熱量,以達到預期的處理效果。經催(cuī)化氧化後的氣(qì)體進入其它的陶瓷填充層,回收熱能(néng)後通過旋轉閥排放到大氣中,淨化後排氣溫度僅(jǐn)略高(gāo)於廢氣(qì)處理前的溫(wēn)度。係統(tǒng)連續運轉、自動切換。通(tōng)過旋轉閥工作,所有的陶瓷填充層均完成加熱、冷卻、淨化的循環步驟(zhòu),熱量(liàng)得以回收。
在進行催化燃燒的工藝設計時,應根據具(jù)體情況,對於處理氣量較大(dà)的場合,設計成分建式流程,即預熱器、反應器(qì)獨立裝設,其間用管道連接。對於處理氣量小的場合,可采用催化焚燒爐把預熱與(yǔ)反應組合在一起,但要注意(yì)預熱(rè)段(duàn)與反應段間(jiān)的距(jù)離。在一體設計時也要(yào)注(zhù)意預熱段和反(fǎn)應段的保溫隔離,使(shǐ)得(dé)兩個功能(néng)區溫度控製清晰可控。在有機物廢(fèi)氣的催化燃(rán)燒中,所要處理的有機物廢氣在高溫下與空氣混合易引起爆炸,安全問題(tí)十(shí)分重要。因而,一方(fāng)麵必須控製有(yǒu)機物(wù)與空(kōng)氣的混合比,使之在爆炸下限;另一方麵,催化燃燒係統應設監測報警裝置和有防爆措施,濃度預警(jǐng)應該有足夠的響應時間。
催化燃燒室采用陶(táo)瓷蜂(fēng)窩體的貴(guì)金屬催(cuī)化劑(jì)或者是過度金屬類催化劑(jì),阻力小,活性高。行業內大部分認為,當有機蒸汽濃度達到(dào)2000PPm左右時,可(kě)維持自燃。這個濃度也不是絕對的,和催化劑的選擇有關係。有些醇類的,比如甲醇,不用如此高的濃度和起燃溫度就可以很好的燃燒起(qǐ)來。由於催化床的床層阻力小,催化裝置的耗電量也小,可(kě)以使用低壓風機。有機物催化燃燒前,為給催化床提供起燃溫(wēn)度,需啟動電加熱,當有機物在(zài)催(cuī)化床開始進行催化燃燒時,其燃燒熱足以維持其反應所需的溫度,此時電加熱可以實行自行停止,在保溫良(liáng)好和(hé)加熱設計功率(lǜ)匹配(pèi)的情況下,一般起動電加熱(rè)時間大約1小時左右。
催化燃燒(shāo)法幾乎適(shì)用於所有排放烴類苯(běn)類等等臭味化合物(wù)的工業生產過程,如:塗裝、印刷(shuā)、機電、家(jiā)電、製鞋(xié)、塑料、化工行(háng)業工藝過程中的廢氣處理,催化燃燒適用不同濃度、不同風(fēng)量廢(fèi)氣處理。現有的(de)催化劑可(kě)實現500-30000h-1/m3較大空速的處理(lǐ)量(liàng)。
催化(huà)模塊的(de)製作形式(shì):
以堇(jǐn)青石蜂窩陶(táo)瓷、剛玉陶瓷蜂窩為載(zǎi)體(tǐ),利用沉澱法、溶膠-凝膠法、浸漬法(fǎ)等方式是(shì)生產催(cuī)化床材(cái)料常用的方法。采用原位沉澱和懸浮浸(jìn)漬技術製備SiO2和La2O3為塗層的結構型LaMnO3催化劑的的工藝對比中(zhōng)發現,原位沉澱技術(shù)雖然可以均勻和高強(qiáng)度地在載體表麵(miàn)負載La、Mn活性(xìng)組分,但無法在表麵形成LaMnO3鈣鈦礦的活性相。懸浮浸漬技術則可以保持LaMnO3催化劑的結構和活性。La2O3塗層比SiO2塗層可以更有效地保持LaMnO3在蜂窩陶瓷載體表麵的高活性(xìng)和熱穩定性,所以選用負載技術(shù)或者載體複新時選擇的方式要考慮那種負(fù)載方式適合。
催化(huà)模塊的載體多見的是陶(táo)瓷製作(zuò)的,也有金屬的,例如近似化工塔(tǎ)脫水的金屬折板脫水(shuǐ)網(wǎng)類型的,有纏繞在金屬支架上的不鏽鋼(gāng)絲狀網壓製組件,組合方式正方的(de),圓形的都有,可以根據催化燃燒室的設(shè)計來選(xuǎn)擇使用。以堇青石、莫來石,剛玉蜂窩陶瓷為(wéi)基材,采用原位(wèi)沉澱和懸浮浸漬技術分別製備的貴金屬催化劑和過度(dù)金屬以及稀土摻雜為塗層的催化劑較為常見。材料比重蜂窩陶瓷在650-700Kg/m3,折板蜂窩(wō)550-600Kg/m3,金屬絲狀壓塊的輕一些,阻力小(xiǎo),氣(qì)體阻(zǔ)力在200Pa左右,陶瓷蜂窩空氣阻(zǔ)力在300-350Pa。
催化劑在有機廢氣治(zhì)理(lǐ)工藝(yì)中的選擇(zé):
在工業有機廢氣治理工程中(zhōng),有機廢氣成分根據不同行業(yè)和不同的生(shēng)產工(gōng)藝路線(xiàn)也不同,組分濃度的組成也有(yǒu)很大的差別。不同的廢氣源應(yīng)該選擇適合的催化劑。含有貴金屬類催化(huà)劑一般處理能力較強,但價格較(jiào)高。近些年可以替代貴(guì)金屬的過渡性金屬製作的催化劑越來越多,尤其是稀土複合(hé)型的催化劑的出現使得催化劑提升(shēng)了一個較大的技術(shù)台階。
非貴金屬過渡金屬活性不及貴金屬,但它們(men)通過(guò)摻(chān)雜技術(改性(xìng))或加入其他金屬氧化物(wù),形成多組分複合(hé)金屬氧化物催化劑,催化能力有很大(dà)改善。複合金屬氧化物催化劑往往比單一組分金屬氧化物催化劑表現出更高的活性和更好的穩定(dìng)性。以CuO和MnO,為活性組分,通過相互摻雜用於催化(huà)燃燒甲苯。試驗結果發現,銅錳複合氧化物催化劑,尤其是摻雜低濃度銅的氧化錳(měng),其催化(huà)燃燒甲苯的性能要優於單組份催化(huà)劑,分析(xī)原(yuán)因應該是銅物種與錳物種之間存在較(jiào)強的(de)相互協同作用,尤其是在催化(huà)活性較優的銅(tóng)錳配比催(cuī)化劑中形成了結晶度(dù)較低的尖(jiān)晶石結構。很多複合金屬氧化物催化(huà)劑之(zhī)間(jiān)都能產生這種協同效應,如Mn—Ce氧化物、Mn—Cu氧化物、Ce—cu氧化物等。這些複合金(jīn)屬氧化物在相互作用的(de)過程中會形成尖晶石(ABO)結構或鈣鈦礦(ABO)結構。
尖晶石(shí)催化劑具有(yǒu)很好的活(huó)性與穩定(dìng)性(xìng)。MCr2O4(M:Co,Cu,Zn)尖(jiān)晶石催化劑用於異丙醇的催化(huà)性(xìng)能較好。尖晶石結構與鈣鈦礦結構(gòu)催化劑催化(huà)燃燒(shāo)丙酮的性能,發現(xiàn)鈣鈦礦結構催化劑的(de)T95在300℃,而在這(zhè)個溫度點,尖晶石(shí)結構催化劑活性隻有(yǒu)70%,在理(lǐ)論研究上認為這與鈣鈦礦的特定(dìng)空間結構是密不可分的。鈣鈦(tài)礦結構中,B位為過渡元素離子,是催化劑的活(huó)性位(wèi);A位離子一般是稀土元素或堿土金屬元素(sù),用於保持鈣鈦礦骨架結(jié)構的(de)穩定性從而間接影(yǐng)響鈣(gài)鈦礦催化劑的性能,而且A位(wèi)與B位都可以進行(háng)離(lí)子摻雜,產生多種對催(cuī)化反應有利的畸變和晶格缺陷(xiàn)。這些催化劑基礎研究的探索逐(zhú)漸形成了相應的催(cuī)化劑產品,對有機(jī)物(wù)的催化工藝提供了更(gèng)寬的路。
過(guò)渡金屬催化劑的性能受(shòu)水蒸汽的影響很大。用CuMnO催化氧化甲苯時,當在反應氣體中加入少(shǎo)量水蒸汽後,其活性明顯(xiǎn)降(jiàng)低,因為氣體中的水分子會吸附於活性位點且不(bú)易脫附,造成能夠催化氧化甲苯的活性位點大量減少,從(cóng)而降低催化劑的性能。所以氣體含濕(shī)量控製在10%一(yī)下是大部分(fèn)實驗證實(shí)的一個量化指標。
由於催化劑上催化氧化VOCs的活性(xìng)位點是一樣的,所以在催化過(guò)程中,不同的VOCs之間在會產生競爭吸附而(ér)導致各組分活性降低,貴金屬複合型的會有較高的(de)催化活性(xìng)。並且發現起燃點低的成分燃燒後床溫(wēn)升高(gāo)會大幅度提升廣譜性去除(chú)功能。所以對成分多(duō)的複雜氣體最好選用貴金(jīn)屬(shǔ)複合型的催化材料。
最近的(de)一些研究表明,鈰、鋯、摻雜的錳係(xì)列(liè)、銅係列過度金(jīn)屬催化劑也(yě)有較好的廣譜(pǔ)性催化功能,與貴金屬複(fù)合催化劑近似。在濃度不是太高,成分不是過於複雜的,可以選擇使用(yòng)。
對於氯苯、氯代烷烴、烯烴類的(de),可選擇稀土類催化劑,如CrO2/AI2O3、MnO2/AI2O3、Ru/CeO2等催化劑。
以上是一些文獻(xiàn)中的實驗總結,實際應用(yòng)中會有差距,但根據環保產品檢驗過程的數據,也都表(biǎo)現出了較高的去除率和使用壽命。
另外一個可以嚐試使用車用複合型催化劑。目前國內好多省內生產柴油車用催化(huà)劑(jì),形體大,床(chuáng)的行程長,適合工業廢氣的設計和組裝。尤其近年在稀土複合改性使用上,出現不少新的(de)產品(pǐn),也經曆了考驗,汽車淨化的(de)強製(zhì)性遠大於工業廢氣的監督力度。有些比如使用鑭(La)、鈰(Ce)、鋯(Zr)的複合催化劑,對VOC的起燃溫度低,可以在320℃-400℃就有90%以上的氧化率。這(zhè)類產品還有一個特點,由於這類(lèi)催化(huà)劑針對的(de)是(shì)柴油碳煙氣的淨化,在工業有機廢氣使用時會對(duì)催化床的抗積碳有明顯的效果。
對於有些製(zhì)藥(yào)廠、農藥廠含硫的有(yǒu)機物,如:乙(yǐ)硫醇、丁硫醇、二硫化碳、硫酸二甲酯等類,可以使用RS-1型催化劑。是用V2O5和貴金屬負載的。在380℃-420℃之間對上述有機物去(qù)除率達到98%以上,抗硫中毒效(xiào)果好(hǎo),由於(yú)催化劑釋放硫能力強,所(suǒ)以末端的(de)硫汙染如何吸(xī)收應該考(kǎo)慮。再一個就是催化劑失效後屬於危廢,需要專門備案處理。
貴金屬複合的材料對三苯類、酮、醇類在濃度的時(shí)候催(cuī)化效果也很好,鈀、鉑、鈰複合的材料500mg/m3-1500mg濃度不穩定的情況下,排放依然可以達到總VOC小於(yú)50mg/m3。對於(yú)複合型的催(cuī)化劑廠(chǎng)家(jiā)一般都會清楚的表明組(zǔ)分和功能。
催化燃燒運行中(zhōng)注(zhù)意事項:
催化燃燒的接觸反(fǎn)應時間一般說為0.2S,所以(yǐ)製作的時候應該根據裝置的過風風速、阻力考慮好(hǎo)床的催化床氣體行程厚度。通過的風速較(jiào)適宜(yí)的風速為2-5m/S。過(guò)快的風速會(huì)造成催化(huà)有效段向床內延伸,迎風麵(miàn)效率低。
由於廢氣的複雜成分,運行中(zhōng)會出現中毒現象,尤其含貴金屬Pa的,氣態水對其有(yǒu)較大影響,易生成氫氧化物失活,屬於快速中(zhōng)毒。這種事故可以采取氮氣多次吹掃,可以恢複基本功效,工程實(shí)例中,恢複到80%能力是常(cháng)見的。
對於鹵(lǔ)素(sù)元素的中毒,可以采取蒸汽吹掃與幹燥氮氣(qì)交替吹掃,硫酸鹽類中毒也(yě)可以采取這類辦法。但要注(zhù)意清掃冷凝水的收集控製,注意場地的二次汙染。
積碳(tàn)的中毒可以提高床溫度(550℃),蒸汽吹掃後,氮氣吹掃,原位複新的程度也很高。
催化燃燒運行過程中,會有溫度的波動,有的時候溫度會很高,但溫度過高對催化劑的活性有(yǒu)較大的影(yǐng)響。對氣體中含(hán)有磷、砷、等因子時候,溫度過高會在催化劑表麵形成合金(jīn)相,造成不可逆的中毒失活。溫度應該控製(zhì)在不超過550℃為安(ān)全限值。措施采用小風(fēng)量的補風風機,為均衡操作可以實行變頻反饋調節方式。
催化燃燒裝置用於工業生產過程有機廢氣治理中,盡(jìn)管有不少的限(xiàn)製條件,但目前來說還不(bú)失為一個經濟,有(yǒu)效,控製簡單的技術。隨著對催化劑基礎研究的(de)發展,會有更多(duō)的高性能催化劑產品供環保治理工(gōng)程應用。
參考文(wén)獻:
[1] 有(yǒu)機廢氣淨(jìng)化技術-陸震(zhèn)維(wéi)編(biān) 化學工業出版社
[2] 揮發性有機化合物治理技術及催化燃燒研究進(jìn)展-劉長(zhǎng)東、李文華 《電力科技與環保》2017/12/8
[3] 含氯揮發性有機化合物催化燃燒(shāo)催化劑的研究進展-闞家偉 李兵 李林 王小軍 陳英 等(děng)
[4] 《化工進(jìn)展》2016年第(dì)35卷第二期