概述

    從1949年美國研制出    世界上第一套催化燃燒裝置到現在,這項技術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、食品業和鑄造業等部門,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、印刷工業等方面進行了研究,使催化燃燒法得到了廣泛的應用。

燃燒過程

    溫州催化燃燒過程是在催化燃燒裝置中進行的。有機廢氣先通過熱交換器預熱到200~400℃,再進入燃燒室,通過催化劑床時,碳氫化合物的分子和混合氣體中的氧分子分別被吸附在催化劑的表面而活化。由于表面吸附降低了反應的活化能,碳氫化合物與氧分子在較低的溫度下迅速氧化,產生二氧化碳和水。

催化劑

    溫州催化燃燒反應的關鍵是選擇合適的催化劑。對催化劑的要求是:活性高,特別要低溫活性好,以便在盡可能低的溫度下開始反應。燃燒反應是放熱反應,釋放出大量的熱可使催化劑的表面達到 500~1000℃的高溫,而催化劑容易因熔融而降低活性,所以要求催化劑能耐高溫。

作催化燃燒用的催化劑可分為:

    ①貴金屬類:鉑、鈀、釕等。貴金屬催化劑有很高的氧化活性和易回收等優點,雖然存在著資源*、價格昂貴和耐性差等缺點,但仍然是世界各國采用的主要催化劑。

    ②非貴金屬類:主要是過渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物。單組分的氧化物,如氧化銅(CuO)和氧化鎳(NiO)等。單組分氧化物耐熱性差,活性低,致使應用受到限制。以后改用兩種以上的金屬氧化物的混合物,如二氧化錳-氧化銅 (3:2)的復合物,三氧化二鐵-三氧化二鉻復合物,氧化銅-三氧化二鉻復合物,鈷、錳的尖晶石型復合物,銅、錳、鎳、鋅的鉻酸鹽等。復合氧化物雖可改善某些催化性能,但氧化活性仍不及貴金屬。此外,還有金屬硫化物如釷、鎳、鉬、鈷的硫化物。這類催化劑一般只適用于含硫的碳氫化合物的催化燃燒,使用溫度限于300~400℃,高溫時易分解。

催化劑的活性物質

    一般都涂在載體上,所以它的形狀也依載體而異。載體有γ-Al2O3制成的球體、圓柱體和各種異形體,有用表面覆蓋活性氧化鋁薄膜的多孔陶瓷蜂窩體,也有用耐熱合金絲制成的膨體球和金屬波紋板等。載體可減少催化劑的用量,起支撐作用。它應具有比表面積大、耐高溫、機械強度大和流體阻力小等特性。

反應的難易程度

    不同的碳氫化合物通過催化劑時反應的難易程度也不相同。難度大小一般按下列順序排列:側鏈>直鏈;炔烴>烯烴>烷烴;Cn>…>C3>C2>C1;脂肪族>脂環族>芳香族。

    相同的碳氫化合物通過不同的催化劑時反應的難易程度也有差別。難度大小一般按下列順序排列:

甲烷:Pd>Pt>Co3O4>PdO>Cr2O3>Mn2O3>CuO>CeO2>Fe2O3>V2O5>NiO>MoO3>TiO2

乙烯:Pd>Pt>Co3O4>Cr2O3>Ag2O>Mn2O3>CuO>NiO>V2O5>CdO>Fe2O3>MoO3>WO>TiO>ZnO

丙烷:Pt>Pd>Ag2O>Co3O4>CuO>MnO2>Cr2O3>CdO>V2O5>Fe2O3>NiO>>CeO2>Al2O3>ThO2

異戊二烯:Pd>Pt>>MnO2>Co3O4>Cr2O3>CeO2>NiO>Fe2O3

處理不同的工業有機廢氣應當根據上述排列順序選擇適當的催化劑。

催化燃燒法的優點

①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300~600℃。

②燃燒不受碳氫化合物濃度的限制。

③基本上不會造成二次污染。

④設備較簡單,投資少,。

催化燃燒法存在的主要問題:

催化劑易和不耐高溫。易使催化劑的物質有焦油、油煙、粉塵、鉛化合物和硫、磷、鹵族元素的化合物等。為了保持催化劑的活性,一般都采用前處理的辦法,預先除掉有毒物質。近幾年來,含稀土元素的鈣鈦礦結構的復合氧化物催化劑的研制在提高耐高溫性能等方面有所進展。中國研制的稀土元素催化劑已用于有機廢氣的治理。

催化燃燒和活性炭吸附脫附技術優點:

1、起燃溫度低,節省能源

   有機廢氣催化燃燒與直接燃燒相比,具有起燃溫度低、能耗低的顯著特點。在某些情況下,催化燃燒達到起燃溫度后便無需外界供熱。

2、適用范圍廣

   催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機廢氣及惡臭氣體。對于有機化工、涂料、絕緣材料等行業排放的低濃度、多成分、無回收價值的廢氣,采用吸附--催化燃燒法的處理效果更好。

3、處理效率高,無二次污染

   用溫州催化燃燒法處理有機廢氣的凈化率一般都在95%以上,最終產物為無害的CO2 和H2O (雜原子有機化合物還有其他燃燒產物),且由于燃燒溫度低,能大量減少NOX 的生成,因此不會造成二次污染。但是其缺點是工藝條件要求嚴格,不允許廢氣中含有影響催化劑壽命和處理效率的塵粒和霧滴,也不允許有使催化劑的物質,以防催化劑,因此采用催化燃燒技術處理有機廢氣必須對廢氣作前處理。

正宇環保系列活性炭吸附脫附溫州催化燃燒處理一體化設備特點:

 (1)設備緊湊,可制成集活性炭吸附脫附和控制于一體,設備占地面積小; 

 (2)吸附凈化效率達90%以上,催化凈化效率達97%以上,凈化效率高; 

 (3)催化劑使用我公司生產的專用催化劑,使用壽命長; 

 (4)脫附過程自動運行,設備操作簡單,管理方便; 

 (5)該設備僅適用于間歇式產生有機廢氣的場合。 

 (6)采用薄層的活性炭纖維(ACF)作為吸附單元,吸附效率高,氣流阻力小。 

 (7)再生速度快,再生能耗低。 

 (8)采用PLC全自動控制,無人值守運行。 

 (9)吸附器吸附循環周期快、安全高效。