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催化燃烧设备的关键问题

发布时间:2019-07-25 人气:23

VOC品种繁多,来源不同,成分复杂,日常生活中常见的就有烃类、醇类、醚类、酯类等污染物。加油站、餐饮、干洗、汽车美容店、化工厂等各种生产或使用有机溶剂的行业都会导致VOCs排放。

即使同一物质,由于风量不同、浓度不同,所需技术路线也不一样。当前VOCs处理方法有数十种,VOCs的末端处理技术包含两类,第一类是非破坏性方法,即采用物理方法将VOCs回收;第二类是通过生化反应将VOCs氧化分解为无毒或低毒物质的破坏性方法。具体方法上,前者包括冷凝法、吸附法、吸取法和燃烧法。后者有生物法、膜技术、光催化降解和等离子技术。

为了提高热利用效率,降低设备的运行费用,近年来发展了蓄热式热力焚烧技术(RTO)和蓄热式催化燃烧技术(RCO)。RTO和RCO技术换热效率高,可以在VOCs较低浓度下使用,近年来得到了广泛应用。下面就催化燃烧设备的原理进行详细先容:

催化燃烧装置(RCO)

RCO,是指蓄热式催化燃烧法,英文名为“Regenerative Catalytic Oxidation Oxidition”。

催化燃烧法是在催化剂的作用下,将VOCs在200~400℃的低温条件下分解为CO2和H2O,是净化碳氢化合物废气,消除恶臭的有效手段之一。RCO技术已成为VOCs控制的主流技术。但关键问题在于如何提高催化剂的活性和稳定性,提高催化剂适用性,以及降低催化剂成本。

RCO作用原理是:第一步是催化剂对VOC分子的吸附,提高了反应物的浓度,第二步是催化氧化阶段降低反应的活化能,提高了反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度下,发生无氧燃烧,分解成CO2和H2O放出大量的热,与直接燃烧相比,具有起燃温度低,能耗小的特点,某些情况下达到起燃温度后无需外界供热,反应温度在200-400℃。

一、催化燃烧催化剂

贵金属催化剂:

Pt,Pd,Rh等贵金属催化剂,是最成熟、工业应用最广泛的;特点:活性高,选择性好。

过渡金属氧化物催化剂:

非贵金属及其氧化物Mn、Cu、Cr、Ni、Ce、Zr等及其氧化物或复合氧化物催化剂。主要特点是:成本低、制备简单、针对一些特殊污染物有较高的活性。目前已有较成熟的Cu-Mn-O催化剂在工业中应用,但是范围不广。

催化燃烧设备的关键问题

二、催化剂作用特点

催化剂能够加快化学反应速度,但它本身并不进入化学反应的计量。

催化剂对反应具有选择性,即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性。

催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应,而不能加速热力学上无法进行的反应。

催化剂只能改变化学反应的速度,而不能改变化学平衡的位置。

催化剂不改变化学平衡,意味着对正方向有效的催化剂,对反方向的反应也有效。

三、催化剂的组成结构及失活

   催化剂失活:

1.中毒失活:含硫、磷、砷、卤素灯化合物、重金属化合物会与催化剂活性成分反应,导致催化剂永久失活;

2.闷死失活:低温状态下,大量的有机物进入催化床,造成催化剂“闷死”,导致暂时失活;

3.堵塞、结焦失活:灰尘、积炭、高沸黏性物附着于催化剂表面,结焦(催化剂表面上的含碳沉积物),覆盖催化剂活性位点,导致催化剂作用丧失;

4.烧结失活:高温同时伴随水蒸气会引起严重的烧结和表面积损失,导致催化剂永久失活。

四、催化燃烧-应用前提

1、废气中粉尘、颗粒物比较多时要进行预处理。

2、废气中不含硅、砷、重金属等导致催化剂中毒成分。

3、废气中卤素、硫、磷等成分浓度不宜过高。

4、废气中不含粘性物质。

5、废气浓度相对稳定。

催化燃烧设备的关键问题

五、催化燃烧-应用效果

安全性能:

(1)严谨的系统设计,针对多种工况条件均设计相应的应对措施。

(2)低温、无焰燃烧降低明火的各种风险。

(3)长期、稳定的转化效率保障废气组分浓度的一致性,能够保障防爆措施的有效性。

高效性能:

(1)定制化的催化剂设计,合理的催化剂载体选型,有效的布置结构,充分提升催化剂的理论转化效率。

(2)严谨的催化转化装置结构设计,合理的气流分布,适宜的保温措施,充分保障催化床反应温度,有效保证转化效率一致性。

六、VOCs催化燃烧装置

国内外工程化应用的VOCs废气催化燃烧工艺主要有:蓄热式催化燃烧、热回收式催化燃烧、直燃式催化燃烧、吸附浓缩-催化燃烧四类。

七、催化燃烧装置关键部件

燃烧技术是较为有效和彻底的VOCs治理技术;催化燃烧技术和高温焚烧技术是最为普遍的VOCs燃烧治理技术,也是目前VOCs治理较为有效和彻底的治理技术。

无论是热力焚烧法还是催化燃烧法都需要将废气加热到相应可燃的温度。如果废气中有机物的浓度较高,废气燃烧后产生的热量可以维持有机物分解所需要的反应温度,采用燃烧法是一种经济可行的方法。当废气中有机物浓度较低时,由于传统的催化燃烧技术和高温焚烧技术换热效率低,需要大量耗能,治理设备运行费用较高。为了提高热利用效率,降低设备的运行费用,近年来发展了蓄热式热力焚烧技术(RTO)和蓄热式催化燃烧技术(RCO)。RTO和RCO技术换热效率高,可以在VOCs较低浓度下使用,近年来得到了广泛应用。

催化燃烧设备目前已成为VOCs废气处理市场的主流产品。但目前还存在的关键问题是如何提高催化剂的活性以及稳定性,还有提高催化剂通用性,并降低催化剂的使用成本。


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