催化燃燒技術(shù)作為VOCs廢氣處理工藝之一,因?yàn)槠鋬艋矢撸紵郎囟鹊停ㄒ话愕陀?50℃),燃燒沒有明火,不會(huì)有NOx等二次污染物的生成,安全節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn),在環(huán)保市場(chǎng)應(yīng)用有了很好的發(fā)展前景。催化劑作為催化燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),催化劑的合成技術(shù)及應(yīng)用規(guī)則就顯得尤為重要。
催化燃燒反應(yīng)原理是有機(jī)廢氣在較低溫度下在催化劑的作用下被完全氧化和分解,達(dá)到凈化氣體目的。催化燃燒是典型的氣固相催化反應(yīng),其原理是活性氧參與深度氧化作用。在催化燃燒過程中,催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能,同時(shí)使反應(yīng)物分子富集在催化劑表面上以提高反應(yīng)速率。借助于催化劑,有機(jī)廢氣可以在較低的起燃溫度下無焰燃燒并且在釋放大量熱量,同時(shí)氧化分解成CO2和H2O。
低溫催化劑性能指標(biāo):起燃溫度≤200℃,氧化轉(zhuǎn)化效率≥95%,孔密度200-400cpsi,抗壓強(qiáng)度≥8MPa。
3.VOCs催化劑在催化燃燒系統(tǒng)中的作用與影響通常VOCs的自燃燒溫度較高,通過催化劑的活化,可降低VOCs燃燒的活化能,從而降低起燃溫度,減少能耗,節(jié)約成本。另外:一般(無催化劑存在)的燃燒溫度都會(huì)在600℃以上,這樣的燃燒會(huì)產(chǎn)生氮氧化物,就是常說的NOx,這也是要嚴(yán)格控制的污染物。催化燃燒是沒有明火的燃燒,一般低于350℃,不會(huì)有NOx生成,因此更為安全和環(huán)保。在VOCs催化燃燒系統(tǒng)中,反應(yīng)空速通常指體積空速(GHSV),體現(xiàn)出催化劑的處理能力:反應(yīng)空速是指規(guī)定的條件下,單位時(shí)間單位體積催化劑處理的氣體量,單位為m3/(m3催化劑?h),可簡(jiǎn)化為h-1。例如產(chǎn)品標(biāo)注空速30000h-1:代表每立方催化劑每小時(shí)能處理30000m3廢氣。空速體現(xiàn)出催化劑的VOCs處理能力,因此和催化劑的性能息息相關(guān)。5.貴金屬負(fù)載量與空速的關(guān)系,貴金屬含量是越高越好嗎?貴金屬催化劑的性能與貴金屬的含量、顆粒大小和分散度相關(guān)。理想狀態(tài)下,貴金屬高度分散,此時(shí)的貴金屬以極小的顆粒(幾個(gè)納米)存在于載體上,貴金屬得到最大程度的利用,此時(shí)催化劑的處理能力與貴金屬含量成正相關(guān)。然而當(dāng)貴金屬含量高到一定程度后,金屬顆粒容易聚集長大成為較大的顆粒,貴金屬與VOCs的接觸面反倒下降,大部分貴金屬被包在內(nèi)部,此時(shí)增加貴金屬含量反而不利于催化劑活性的提高。6.氣體燃燒后,氣體體積膨脹對(duì)空速的影響穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下,氣體體積膨脹對(duì)空速影響不大,因?yàn)橐话愣訴OCs含量不高,僅僅這部分氣體的膨脹,體積流量的增加很少。7.納米級(jí)催化劑的優(yōu)勢(shì)納米催化劑是指催化劑的有效成分(比如貴金屬)以納米的尺度分散在載體上,催化劑的有效成分盡可能多地暴露在氣體中,使兩者的接觸機(jī)會(huì)大大增加,這樣的催化劑一般性能更為優(yōu)越。8.起燃溫度和完全轉(zhuǎn)化溫度的定義,以及與廢氣濃度的關(guān)系完全轉(zhuǎn)換溫度:凈化率>98%所需要的溫度催化燃燒一經(jīng)點(diǎn)起燃將在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到高溫,而廢氣的濃度達(dá)到一定程度后,其反應(yīng)放熱可實(shí)現(xiàn)自熱催化反應(yīng)。在壓降允許的范圍內(nèi),催化劑應(yīng)按照“高瘦型”方式堆放,高徑比應(yīng)大于1.5。否則靠器壁的催化劑的利用率會(huì)較低,影響整體催化劑床層的催化效果??椎琅c氣體流向一致,保持一定孔道長度,各段催化塊應(yīng)錯(cuò)開擺放,四邊與反應(yīng)器爐壁接觸部位應(yīng)采用鋼骨架折邊或采用耐高溫材料密封防止廢氣漏通。10.廢氣預(yù)處理可延長催化劑和催化燃燒設(shè)備的壽命原因分析廢氣可能含有一些對(duì)催化劑有害成分,如果已知有這樣的化學(xué)物質(zhì)存在,則要對(duì)廢氣做預(yù)處理,否則這些有害成分會(huì)對(duì)催化劑的壽命產(chǎn)生很大影響。廢氣應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理(除塵除油除濕)再通入催化倉?;覊m、積碳及高沸粘性物附著于催化劑表面,覆蓋催化劑活性位點(diǎn),會(huì)導(dǎo)致催化劑催化作用,因此,應(yīng)盡量避免灰塵及高沸粘性物的引入。較高濕度環(huán)境中,水蒸氣和油霧漆霧在高溫下容易與催化劑發(fā)生作用,造成催化劑燒結(jié)失活,因此應(yīng)盡量減少水蒸氣和油霧漆霧進(jìn)入催化劑床層。11.催化燃燒系統(tǒng)廢氣濃度控制的重要性合適的廢氣濃度可以保證催化燃燒系統(tǒng)安全高效的處理廢氣,同時(shí)有利于延長設(shè)備和催化劑的使用壽命。濃度過低:大量的能量用于加熱空氣,能耗高,反應(yīng)放熱不足以維持系統(tǒng)的自熱燃燒,這種工況建議對(duì)廢氣進(jìn)行濃縮。濃度過高:燃爆風(fēng)險(xiǎn);溫升過高,燃燒溫度過高(長時(shí)間高于600度),對(duì)設(shè)備和催化劑都有傷害,這種工況建議加新風(fēng)稀釋廢氣至爆炸下限以下。12.催化燃燒設(shè)備啟動(dòng)和停車注意事項(xiàng)系統(tǒng)啟動(dòng)前,新鮮空氣預(yù)熱催化劑,然后預(yù)熱廢氣至250度以上方可引入催化倉;系統(tǒng)停車前,先切斷廢氣,繼續(xù)加熱催化劑并通入新鮮空氣,保溫0.5小時(shí),再切斷電源。某些化學(xué)物質(zhì)會(huì)使催化劑中毒,例如含磷,硫,鉛,汞,砷及鹵素等的有機(jī)或無機(jī)物對(duì)催化劑的破壞作用很強(qiáng),將導(dǎo)致催化劑的永久性失活,無法恢復(fù)活性。可將催化劑在新鮮空氣中,加熱至500℃,保持2-4小時(shí),可除去或部分除去積碳。催化劑的使用請(qǐng)嚴(yán)格遵照催化劑的使用工況說明。影響催化劑壽命的因素有:廢氣的預(yù)處理狀況即廢氣的潔凈度,催化倉的溫度,鹵素和催化劑的毒物,以及催化燃燒設(shè)備的操作規(guī)程等。
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