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有机废气处理催化燃烧的基本知识

来源:宏明环境工程     日期:2018-10-10     点击次数:

有机废气的催化燃烧方法加工行业出现在1940年代末的技术。自1949年研制出世界上催化燃烧装置以来,该技术已广泛应用于油漆、橡胶加工、塑料加工、树脂加工、皮革加工、食品工业和铸造工业,以及汽车尾气净化。化。1973年,采用催化燃烧法处理我国漆包线烘干炉的有机废气。随后,催化燃烧法在绝缘材料、印刷工业等领域得到了广泛的应用。
催化燃烧过程的燃烧过程是在催化燃烧装置进行(见图表)。有机废气通过热交换器预热至200~400℃,然后进入燃烧室。当它通过催化剂床时,混合气体中的烃分子和氧分子分别吸附在催化剂表面上并活化。由于表面吸附降低了反应的活化能,碳氢化合物和氧分子在较低温度下被迅速氧化,产生二氧化碳和水。催化剂燃烧反应的关键是选择合适的催化剂。催化剂的需求:高活动,尤其是低温活性好,所以开始的时候温度尽可能低。燃烧是一种放热反应,释放大量的热量可使催化剂表面达到500~1000摄氏度,而且催化剂易熔化,活性降低,因此要求催化剂能够承受高温。
用于催化燃烧的催化剂可分为1:1贵金属:铂、钯、钌等。贵金属催化剂具有较高的活性和氧化容易回收,等等,虽然有稀缺资源,昂贵的和糟糕的抗毒性缺点,但仍然是世界上主要的催化剂。非贵金属:过渡元素氧化物和稀土元素氧化物。单组分氧化物,如氧化铜(CuO)和氧化镍(NIO).单组分氧化物的耐热性差,活性低,限制了其应用。后切换到两个或两个以上的金属氧化物的混合物,如二氧化锰-氧化铜(3:2)化合物,三氧化二铁-铬酸复杂,铜氧化物、三氧化铬复杂,尖晶石复杂钴、锰、铜、锰、镍、锌铬酸盐等。虽然复合氧化物可以改善某些催化性能,但氧化活性仍低于贵金属。此外,还存在钍、镍、钼、硫化钴等金属硫化物。一般只适用于这类催化剂催化燃烧的碳氢化合物,硫、使用温度限制在300 ~ 400℃,高温,容易分解。
催化剂的活性物质通常涂覆在载体上,因此催化剂的形状根据载体而变化。载体包括γ-Al_2O_3球、圆柱体和各种形状的多孔陶瓷蜂窝、表面有活性氧化铝膜的多孔陶瓷蜂窝、块状球和耐热合金丝制成的金属波纹板等。该载体可以减少催化剂的用量,起到辅助作用。它应该有一个大的比表面积,耐高温、机械强度和小流体阻力特性。
不同的烃类通过催化剂有不同的反应。难度按以下顺序排列:侧链>直链,炔>烯烃>烷烃CN>…。C3>C2>C1;脂肪族>芳香族。
同样的碳氢化合物通过不同催化剂在反应的难度也不同。难度通常按以下顺序排列:
甲烷:Pd>Pt>Co3O4>PDO>Cr2O3>Mn2O3>CuO>CeO 2>Fe2O3>V2O5>NiO>MoO 3>TiO 2
乙烯:Pd>Pt>Co3O4>Cr2O3>Ag2O>Mn2O3>CuO>NiO>V2O5>CdO>Fe2O3>MoO 3>WO>TiO>ZnO
丙烷:PT>Pd>Ag2O>Co3O4>CuO>MnO 2>Cr2O3>CdO>V2O5>Fe2O3>NiO>CeO 2>Al2O3>ThO 2
异戊二烯:Pd> Pt> MnO2> CO3O4> Cr2O3> CeO2> NiO> Fe2O3
应按照上述顺序选择合适的催化剂来处理不同的工业有机废气。
催化燃烧法的优点(1)可以减少初始燃烧温度的有机废气。例如,甲醇和甲醛在氧化铝负载的Pt催化剂(Pt/Al2O3)的作用下在室温下开始燃烧,直接燃烧法的起始燃烧点通常为300-600℃。2燃烧不受碳氢化合物浓度的限制。设备简单,投资少,效果快。
催化燃烧方法的主要问题是催化剂中毒,不耐高温。催化剂易中毒的物质有焦油、油烟、粉尘、铅化合物、硫、磷、卤族元素等。为了保持催化剂的活性,通常采用预处理来去除有毒物质.近年来,钙钛矿结构的含稀土复合氧化物催化剂开发的方面提高耐高温性能。中国开发的稀土催化剂已用于有机废气的处理。
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