簡述流向變換催化燃燒技術(shù)及其應(yīng)用的研究進(jìn)展

簡述流向變換催化燃燒技術(shù)及其應(yīng)用的研究進(jìn)展

Summary：流向變換催化技術(shù)是應(yīng)用比較廣泛一種技術(shù)，由于該技術(shù)具有集成度高的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中抗干擾能力較強(qiáng)，可以通過自身調(diào)節(jié)來維持自熱反應(yīng)。同時還可以生產(chǎn)二次能源和凈化工業(yè)廢氣，具有非常好的實(shí)際應(yīng)用價值，Keys：流向變換；催化燃燒；應(yīng)用；研究催化燃燒法在應(yīng)用過程中，具有二次污染小和流程簡單的特點(diǎn)，所以是一種比較理想的污染去除方法。該方法對污染氣體熱值要求較高，能夠維持反應(yīng)系統(tǒng)中的熱量平衡，而且不用外界輸入更多能量，這樣就可以有效地限制低濃度污染。在這個基礎(chǔ)上提出流向變換催化反應(yīng)技術(shù)，不僅結(jié)合了催化燃燒特點(diǎn)，而且還具有非常廣闊的應(yīng)用前景。1流向變換催化燃燒技術(shù)的基本情況分析1.1概述流向變換催化反應(yīng)系統(tǒng)，可以利用催化反應(yīng)來釋放熱量，然后預(yù)熱以后進(jìn)入到反應(yīng)器，是一種應(yīng)用比較廣泛的污染氣體處理設(shè)備。利用熱在具體操作中利用兩端材料積蓄催化反應(yīng)熱量，然后定期改變進(jìn)入帶反應(yīng)器當(dāng)中的污染氣體，時其流向以兩端熱量。該技術(shù)打破了傳統(tǒng)意義上操作觀點(diǎn)，是以一種比較特殊的方式，強(qiáng)制進(jìn)氣和操作參數(shù)切換，極大地提升了反應(yīng)器性能，也改善了反應(yīng)器適應(yīng)性。目前流向變換催化技術(shù)，在低濃度和低熱值氣體催化燃燒方面，具有非常廣闊的前景。在進(jìn)行流向變換催化反應(yīng)器操作時，進(jìn)入到反應(yīng)器的氣流方向，會通過閥門控制來進(jìn)行周期性切換。因此要定期切換氣體流向，以此來改溫度床層移動方向，從而將催化釋放的熱量留在催化劑床層。通過不斷地切換氣體流向，可以使整個反應(yīng)系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)。1.2應(yīng)用特點(diǎn)流向變換催化反應(yīng)系統(tǒng)操作性能較強(qiáng)，而且可以改善操作時的選擇性，有效地提高了轉(zhuǎn)化效率，極大地改善了反應(yīng)器操作特性。由于這是一種動態(tài)的操作系統(tǒng)，所以在一定范圍內(nèi)，操作反彈較大，可以有效地降低反應(yīng)器的輸入條件和波動敏感度，所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集中度比較高。流向變換系統(tǒng)，不僅維護(hù)費(fèi)用低，而且換熱效率和操作安全系數(shù)也比較高，能夠有效地降低事故發(fā)生概率。由于流向變換催化反應(yīng)系統(tǒng)的適用濃度范圍比較廣泛，所以在較低濃度下，可以很大程度地維持自熱反應(yīng)。所以集成度比較高，設(shè)備費(fèi)用現(xiàn)對較低，在進(jìn)料參數(shù)波動頻繁的情況下，能夠有效地維持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，而且還具有污染小的特點(diǎn)。在工業(yè)領(lǐng)域中由于進(jìn)氣濃度和流量出現(xiàn)波動，在較大濃度情況下，就會打破反應(yīng)器穩(wěn)態(tài)。而流向變換系統(tǒng)在進(jìn)行換向操作時，由于氣固相體積熱容相差比較大，所以能抵抗氣料速率和濃度擾動，從而能夠維持系統(tǒng)正常操作。2實(shí)際應(yīng)用2.1在二次能源和化學(xué)品生產(chǎn)過程中應(yīng)用流向變換反應(yīng)器具有熱回收率高的特點(diǎn)，即使處理的原料濃度較低時，也可以通過蓄熱和操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)成自熱反應(yīng)。當(dāng)催化劑裝填量相同的情況下，可以很大程度提高原料利用率，并有效地降低處理負(fù)荷。這種技術(shù)具有節(jié)能、潔凈、高效、高集成度等特點(diǎn)，將該技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用，能生產(chǎn)高品位熱能。2.2在凈化工業(yè)廢氣當(dāng)中應(yīng)用大氣污染治理過程中，主要集中在工業(yè)廢氣方面，尤其是比較常見的SO2和CO，還有NOx等污染物質(zhì)，由于這些污染物的濃度較低。而大部分氣體在進(jìn)行催化氧化和還原時，如果使用傳統(tǒng)的反應(yīng)技術(shù)，需要從外界向系統(tǒng)補(bǔ)充一定能量，才能有效地維持催化效率。在系統(tǒng)運(yùn)行時，由于廢氣濃度、溫度、流量等參數(shù)的頻繁波動，系統(tǒng)很難維持平穩(wěn)。如果該系統(tǒng)不僅能夠有效地維持自熱反應(yīng)，也可以提升對外界條件的自適應(yīng)性，從而有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)技術(shù)不足。2.3在處理VOCs污染時應(yīng)用VOCs是重要的大氣污染物，大多是有毒和有惡臭的氣體，有些物質(zhì)在陽光照射情況下還會揮發(fā)和分解，或者是與其他氧化劑進(jìn)行反應(yīng)，從而形成生成光化學(xué)煙霧，不僅造成了一次污染，同時還會產(chǎn)生二次污染物，會嚴(yán)重地危害環(huán)境質(zhì)量。工業(yè)上產(chǎn)生的VOCs氣量較大，但是濃度較低，在VOCs燃燒過程中，會釋放較大毒性，形成嚴(yán)重的二次污染。使用流向變換催化反應(yīng)系統(tǒng)，最為突出的特點(diǎn)就是能源利用率高，催化效率較好。3研究進(jìn)展3.1數(shù)學(xué)模型化研究數(shù)學(xué)模型是建立在實(shí)驗(yàn)室研究基上的，主要是用于凈化污染氣體，基于Laplace變換的同時，還考慮了陡峭溫度梯度解析，使用兩種不同數(shù)值進(jìn)行解析的方法，同時還簡化了維均向模型，通過對各種算法結(jié)果的比較，可以發(fā)現(xiàn)各種算法計算結(jié)果比較接近，但前提是在不考慮擬合模型參數(shù)基礎(chǔ)上。在工業(yè)設(shè)備實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)驗(yàn)證3種算法結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)果比較相符。因此運(yùn)用這種解析方法，物理參數(shù)和系統(tǒng)空間的差異極小，甚至可以忽略不計，即便不可忽略，也可用進(jìn)行差異模擬。流向變換催化反應(yīng)系統(tǒng)具有獨(dú)特性質(zhì)，反應(yīng)器的操作核心就是進(jìn)氣方向的周期性可以切換，而反應(yīng)器內(nèi)的空間和動態(tài)狀態(tài)都在會發(fā)生改變，因此在反應(yīng)器內(nèi)的氣、固兩相性質(zhì)會引起不同的傳遞效應(yīng)，在使用數(shù)學(xué)模擬時，應(yīng)當(dāng)注意氣、固差異，這樣才能有效地縮小誤差。3.2反應(yīng)器床層的物性特性影響流向變換反應(yīng)器床層特性影響分析中，應(yīng)當(dāng)重視材質(zhì)類型、幾何尺寸、裝填方式、熱物理性質(zhì)、反應(yīng)器大小的影響，通過計算可以發(fā)現(xiàn)，在低濃度甲烷催化和氧化過程中，顆粒狀的催化劑結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定性，但是缺點(diǎn)是壓損較大，會導(dǎo)致催化劑內(nèi)壓降低。由于貴金屬催化劑活性更高，所以在催化劑選擇中，廢氣排放條件是關(guān)鍵因素。在實(shí)際操作中，使用整體式催化劑，可以提高轉(zhuǎn)化率，還能夠降低溫度梯度。因此使用高熱導(dǎo)率材料，有利于提高穩(wěn)定性和催化效率，還可以降低飛溫現(xiàn)象。但是還應(yīng)當(dāng)注意兩大問題，一是反應(yīng)器內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)和壁面接觸問題，二是反應(yīng)器內(nèi)催化劑裝填量和催化效率情況。3.3操作參數(shù)的影響在小型流向變換反應(yīng)器中進(jìn)行流向變換催化燃燒實(shí)驗(yàn)，可以明確進(jìn)氣氣速和換向周期，以及氣料組成的影響。如果系統(tǒng)維持自熱狀態(tài)時，進(jìn)氣的氣料濃度應(yīng)當(dāng)有一個最低限度值，這時反應(yīng)器的壓力對軸向溫度分布影響較小，當(dāng)進(jìn)氣氣速增大時，反應(yīng)器的整體溫度水平會上升，但是氣速增大到一定值時，上升幅度就會逐漸減小。結(jié)束語：由于流向變換反應(yīng)催化劑活性和穩(wěn)定性會受到制備方法和制備條件的影響，所以通過改進(jìn)和更新制備方法，可以很大程度提高了催化劑性能，所以具有比較廣泛的應(yīng)用前景。Reference：[1]徐少娟,林建翔,韓競一,吳祖良.揮發(fā)性有機(jī)物催化燃燒技術(shù)研究進(jìn)展[J].廣州化工,2021,04:14-16.[2]