廢氣處理催化燃燒法

1、廢氣處理催化燃燒法?一、催化原理及裝置組成?1、催化劑定義?催化劑是一種能提高化學反應速率，控制反應方向，在反應前后本身的化學性質(zhì)不發(fā)生 改變的物質(zhì)。?2、催化作用機理?催化作用的機理是一個很復雜的問題，這里僅做簡介。在一個化學反應過程中，催化 劑的加入并不能改變原有的化學平衡，所改變的僅是化學反應的速度，而在反應前后，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速度呢了既然反應前后催化劑不發(fā)生變化，那么催化劑到底參加了 反應沒有?實際上，催化劑本身參加了反應，正是由于它的參加，使反應改變了原有的途徑，使反應的活化能 降低，從而加速了反應速度。例如反應A+B-C是通過中間活性結(jié)

2、合物(AB)過渡而成的，即：A+B-ABf C 其反應速度較慢。當加入催化劑K后，反應從一條很容易進行的途徑實現(xiàn)：A+B+2K-AK+BKfCK+K C+2K中間不再需要AB向C的過渡，從而加快了反應速度，而催化劑并未改變性質(zhì)。?3、催化燃燒的工藝組成？?不同的排放場合和不同的廢氣，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。?廢氣預處理?為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒，廢氣在進入床層之前必須進行預處理，以除去 廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。?預熱裝置?預熱裝置包括廢氣預熱裝置和催化劑燃燒器預熱裝置。因為催化劑都有一個催化活性溫度， 對催化燃燒來說稱催化劑起燃溫

3、度，必須使廢氣和床層的溫度達到起燃溫度才能進行催化燃燒，因此，必須設 置預熱裝置。但對于排出的廢氣本身溫度就較高的場合，如漆包線、絕緣材料、烤漆等烘干排氣，溫度可達 300C以上，則不必設置預熱裝置。?預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。當催化反應開始后，可盡量以回收的反應熱來預熱廢氣。在反應熱較大的場合，還應設置廢熱回 收裝置，以節(jié)約能源。?預熱廢氣的熱源溫度一般都超過催化劑的活性溫度。為保護催化劑，加熱裝置應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。從需要預熱這一點出發(fā)，催化燃燒法最適用于連續(xù)排氣的凈化

4、，若間歇排氣，不僅每次預熱需要耗能，反 應熱也無法回收利用，會造成很大的能源浪費，在設計和選擇時應注意這一點。?催化燃燒裝置? 一般采用固定床催化反應器。反應器的設計按規(guī)范進行，應便于操作，維修方便，便于 裝卸催化劑。?在進行催化燃燒的工藝設計時，應根據(jù)具體情況，對于處理氣量較大的場合，設計成分建式流程，即預熱 器、反應器獨立裝設，其間用管道連接。對于處理氣量小的場合，可采用催化焚燒爐(見圖1613)，把預熱與 反應組合在一起，但要注意預熱段與反應段間的距離。催化燃燒過程的熱平衡：?催化燃燒是放熱反應，放熱量的大小取決于有機物的種類及其含量。依靠廢氣燃燒的反應熱，維持催化燃 燒過程持續(xù)進行是最

5、經(jīng)濟的操作方法，而能否以自熱維持體系的正常反應，則取決于燃燒過程的放熱量、催化 劑的起燃溫度、熱量回收率、廢氣的初始溫度。以凈化含甲苯的廢氣為例，設3種廢氣中分別含有甲苯2000、1000、500mg/m3，催化劑的相應起燃溫度分別 為200、250、300C，廢氣的初始溫度分別為30、150C,熱交換器的效率與需補充能量的關(guān)系如表2所示（表中t1、t2、t3、t4、t5分別表示廢氣初始溫度、經(jīng)熱交換器預熱后的溫度、進催化床的溫度，出催化床的 溫度及凈化氣經(jīng)熱交換器換熱后放空的溫度）。從表2可見，熱交換器的效率越高，催化劑的起燃溫度越低， 廢氣的初始溫度越高，實現(xiàn)自熱運轉(zhuǎn)可能性越大。而5000

6、mg/m3左右的有機物殘留量在工業(yè)有機廢氣中是常見 的，只要熱交換器的換熱效率達到50%60%，就可利用熱交換器回收燃燒反應熱來維持催化燃燒體系的進行。催化燃燒法的優(yōu)點可以降低有機廢氣的起始燃燒溫度。例如甲醇、甲醛在以氧化鋁為載體的Pt催化劑（Pt/Al2O3）的作用下,室 溫下就開始燃燒，而直接燃燒法起始燃燒點通常為300600C。?燃燒不受碳氫化合物濃度的限制?；旧喜粫斐啥挝廴?。？設備較簡單，投資少，見效快。？無論燃煤是發(fā)電還是供熱、供汽，使用它的主要設備為鍋爐。我國大中城市中普遍使用小型鍋爐供熱，更 小型的茶爐供應開水。這樣，成千上萬根細小的煙囪，就一起豎直著指向天空，隨時噴出一股

7、股黑煙，污染天 空。因此科學家提出治理大氣污染應從鍋爐開始。廢氣處理催化燃燒凈化塔在催化劑的作用下，使有機廢氣中的碳氫化合物在溫度較低的條件下迅速氧化成 水和二氧化碳。？?催化燃燒法處理工業(yè)有機廢氣是20世紀40年代末出現(xiàn)的技術(shù)。從1949年美國研制出世界上第一套催化燃燒 裝置到現(xiàn)在，這項技術(shù)已?廣泛地應用于油漆、橡膠加工、塑料加工、樹脂加工、皮革加工、食品業(yè)和鑄造業(yè) 等部門，也用于汽車廢氣凈化等方面。中國在1973年開始將催化燃燒法用于治理漆包線烘干爐排出的有機廢 氣，隨后又在絕緣材料、印刷工業(yè)等方面進行了研究，使催化燃燒法得到了廣泛的應用。？催化燃燒工藝：1、吸附過程吸附是氣體結(jié)合到固體上

8、去的質(zhì)量傳遞過程。氣體（吸附質(zhì)）進入固體（吸附劑）的孔隙中但并 未進入其晶格內(nèi)。吸附過程可能是物理過程，也可能是化學過程。？物理吸附主要是范德華引力起作用，一般沒有選擇性，在吸附過程中沒有電子轉(zhuǎn)移，沒有化學鍵的生成與破壞。 化學吸附實際上是一種化學反應，具有選擇性，在化學吸附過程中，氣體和固體表面發(fā)生了化學反應。最普遍 使用的吸附劑是活性炭、分子篩、硅膠和活性氧化鋁。這些吸附劑經(jīng)過處理后表面積極大，可有效吸附碳氫化 合物等污染物。其缺點是對水有優(yōu)先選擇性吸附作用。所有的吸附劑在一定的高溫下會發(fā)生變化。在這些溫度 下，其吸附能力很弱。污染物可以被解脫出來，從而使吸附劑的活性得到再生，這個過程成為

9、脫附。?為了進行連續(xù)操作，一般提供兩個或多個吸附床。一個或幾個吸附床在吸附時，另一個或幾個吸附床則進行再 生。在吸附過程中，被收集的污染物滯留在吸附床中，只要吸附床有足夠的容量，污染物就不會釋放出來。但 是當吸附床中的污染物濃度達到飽和時，污染物便開始釋放出來，這種現(xiàn)象稱為穿透。達到飽和的吸附床需要進行再生，一般采用加熱的氣體對吸附床進行脫附，一方面使吸附床重新具有活性，一方面是污染物被解脫出 來進行回收或分解處理。？2、燃燒過程當氣流中的污染物可被氧化時，燃燒是一種徹底的污染控制方案。碳氫化合物就屬于這類污染物。 燃燒可以分為直接火焰燃燒和催化燃燒兩類。燃燒即是在氧和熱的作用下將碳氫化合物轉(zhuǎn)

10、化為水和二氧化碳。其反應方程式如下：CnH2m+（n+m/2）O2=nCO2+H2O+Heat在燃燒過程中，氣流量和有機物負荷是選擇燃 燒技術(shù)的重要參數(shù)。一個衡量污染物負荷的參數(shù)是低爆炸極限（LEL）或低可燃極限（LFL）。?氣流的低爆炸極限是氣體可自燃的最低有機物濃度（100%LEL）。由于100%LEL具有爆炸危險，美國消防 協(xié)會規(guī)定氣流的LEL不能超過50%,在LEL超過25%時應設置可燃氣體監(jiān)控裝置。另一個要考慮的因素是氣 流的能量密度，當氣流的能量密度必須大于3.7MJ/m3時點火后氣體可自行維持燃燒，否則需要提供輔助燃料， 另外要考慮燃燒后不產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)品。能量值低于3.7MJ/m3的氣體，可利用催化劑來幫助氧化燃燒。經(jīng)常 使用的活性催化劑是鉑或鈀的化合物，使用陶瓷作載體。使用催化劑可降低燃燒溫度，節(jié)省運行費用，但是主 要缺點是微量的硫和鉛的化合物會使催化劑中毒，而且特定的催化劑對每種有機污染物起到催化燃燒的作用是 不同的，對有些有機污染物的去除可能無效。？在燃燒工藝中，為了節(jié)省能源，一般對燃燒使用或產(chǎn)生的熱量進行利用。利用方式包括換熱和回熱兩種。換熱 方式是利用換熱器在燃