是用催化劑使廢氣中可燃物質(zhì)在較低溫度下氧化分解的凈化方法。所以媳谁,催化燃燒又稱為催化化學(xué)轉(zhuǎn)化品山。由于催化劑加速了氧化分解的歷程,大多數(shù)碳?xì)浠衔镌?00~450℃的溫度時(shí)街州,通過催化劑就可以氧化兼丰。
與熱力燃燒法相比,催化燃燒所需的輔助燃料少菇肃,能量消耗低地粪,設(shè)備設(shè)施的體積小。但是琐谤,由于使用的催化劑的中毒蟆技、催化床層的換和清潔費(fèi)用高等問題,影響了這種方法在工業(yè)生產(chǎn)過程中的推廣和應(yīng)用斗忌。
催化燃燒過程:
在化學(xué)反應(yīng)過程中质礼,利用催化劑降低燃燒溫度,加速氣體氧化的方法织阳,叫做催化燃燒法眶蕉。由于催化劑的載體是由多孔材料制作的,具有較大的比表面積和合適的孔徑唧躲,當(dāng)加熱到300~450℃的氣體通過催化層時(shí)造挽,氧和氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上,增加了氧和氣體接觸碰撞的機(jī)會(huì)乱孩,提高了活性憨净,使氣體與氧產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而生成CO2和H2O,同時(shí)產(chǎn)生熱量菲组,從而使得氣體變成氣體啰昧。
催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室庭匆、催化反應(yīng)器肮顾、熱回收系統(tǒng)和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成,如右圖所示渗骆。其凈化原理是:未凈化氣體在進(jìn)入燃燒室以前针蜀,先經(jīng)過熱交換器被預(yù)熱后送至燃燒室页更,在燃燒室內(nèi)達(dá)到所要求的反應(yīng)溫度,氧化反應(yīng)在催化反應(yīng)器中進(jìn)行猩刁,凈化后煙氣經(jīng)熱交換器釋放出部分熱量组漏,再由煙囪排入大氣。
催化燃燒裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面問題:
1新蟆、氣流和溫度均勻分布觅赊。要使通過催化劑表面的氣流和溫度分布均勻,并火焰不直接接觸催化劑表面琼稻,燃燒室具有足夠的長(zhǎng)度和空間吮螺。催化燃燒裝置應(yīng)具有良好的保溫效果。爐體一般用鋼結(jié)構(gòu)的外殼內(nèi)襯耐火材料帕翻,或用雙層夾墻結(jié)構(gòu)鸠补。
2、便于清洗和換嘀掸。催化劑反應(yīng)器一般應(yīng)設(shè)計(jì)成裝卸方便的模屜結(jié)構(gòu)紫岩,便于清洗和換催化劑載體。
3睬塌、輔助燃料和助燃泉蝌。催化燃燒一般采用氣作輔助燃料,也可用燃料油揩晴、電加熱等作輔助燃料勋陪。助燃一般用凈化后的氣體,如果凈化后的氣體不能作為助燃擂奇,則應(yīng)引入空氣助燃嘶逝。
4、較高的轉(zhuǎn)化速度拱削。由于催化燃燒為不可逆的放熱反應(yīng)拄抄,所以,無論反應(yīng)進(jìn)行到什么階段扎输,都應(yīng)在盡可能高的溫度下進(jìn)行徽探,以獲得較高的轉(zhuǎn)化速度。但操作溫度往往受某些條件的限制乘害,如催化劑的耐熱溫度杂飘、高溫材料的獲得疏形,熱能的供應(yīng)汹即,以及是否伴有副反應(yīng)等。因而實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況恰當(dāng)?shù)剡x擇衩凤。
催化劑
材料和載體
催化劑是一種能改變化學(xué)反應(yīng)速度唤邻,而在反應(yīng)前后其本身的化學(xué)性質(zhì)沒有改變的物質(zhì)坡牛。催化劑通常是由催化活性材料和催化載體構(gòu)成。催化活性材料一般是金屬或金屬氧化物泵三。其中貴重金屬催化劑主要有鉑耕捞、鈀和釕等,普通金屬催化劑主要有銅烫幕、鉻俺抽、鎳、釩较曼、錳磷斧、鐵、鈷等金屬及氧化物捷犹。催化載體是多孔材料弛饭,主要作用是使活性材料具有大的體表面積。催化載體分為金屬載體萍歉、陶瓷載體和炭纖維載體侣颂。金屬載體一般是以鎳或鎳鉻合金為載體做成的帶、片枪孩、丸憔晒、絲等形狀,通過"電鍍"或"化學(xué)鍍"(即溶液浸漬)將鉑争萎、鈀鍍?cè)谶@些載體上候铸,并制成便于裝配、拆卸的模屜谍售。以陶瓷為載體的催化劑眨额,一般是以硅—鋁氧化物為載體,其結(jié)構(gòu)有片粒狀和蜂窩狀兩種学掉。一般在陶瓷結(jié)構(gòu)上涂敷一層僅0.13mm厚的α-氧化鋁薄層笋再,把活性的鉑、鈀等金屬催化劑以微晶狀態(tài)沉積或分散在多孔的氧化鋁薄層中姐阎,并制成便于裝配缤贯、拆卸的模屜。炭纖維載體可制作成線狀浦匾、氈狀瑰柄、網(wǎng)狀等形狀,在載體上涂敷催化活性材料涝填,制成便于裝配蚣碰、拆卸的模屜。
性能要求:
催化劑是催化燃燒法的核心,一種好的催化劑具備催化活性高梅桩、熱穩(wěn)定性好壹粟、、壽命長(zhǎng)等特性宿百。
1趁仙、活性高。催化劑的活性好壞直接影響催化燃燒的化學(xué)轉(zhuǎn)化率垦页。而轉(zhuǎn)化率不僅與催化活性材料自身的活性有關(guān)雀费,而且與催化載體的物理形狀有著直接關(guān)系。所以痊焊,在選擇適應(yīng)的催化活性材料的同時(shí)坐儿,還考慮催化載體的物理形狀,催化劑有較高的活性宋光,達(dá)到催化燃燒凈化的目的貌矿。
2、熱穩(wěn)定性好罪佳。由于廢氣的溫度隨時(shí)變化逛漫,如果催化劑不能適應(yīng)范圍內(nèi)的溫度變化,催化劑的性能就會(huì)下降锉择,凈化效率就會(huì)降低土霞。因此,催化劑具備適應(yīng)范圍內(nèi)的溫度變化沟脓。
3每访、。在催化燃燒過程中稠臣,催化劑往往會(huì)因高溫康蚯、振動(dòng)和氣流等因素的作用,使催化劑產(chǎn)生破裂和磨損爵倚,破裂和磨損會(huì)造成催化劑的活性降低侦纳,增加催化劑床層的壓降,影響凈化效果也您。
4勤焕、壽命長(zhǎng)。催化活性材料大都比較昂貴愕炸,所以疮丛,設(shè)計(jì)時(shí)選用催化劑時(shí)應(yīng)盡量使用壽命較長(zhǎng)的催化劑。