第三章 有害气体燃烧净化法3催化燃烧等.ppt

第三节 催化燃烧 有机废气是石油化工、轻工、塑料、印刷、涂料等行业排放的常见污染物，有机废气中常含有烃类化合物（芳烃等）、含氧有机化合物（醇、有机酸等）、含氮、硫、卤素及含磷有机化合物等。 废气不加处理直接排入大气将会对环境造成严重污染，危害人体健康。 传统废气净化方法：吸附法、冷凝法和直接燃烧法等。传统方法缺点：常有易产生二次污染、能耗大、易受有机废气浓度和温度限制等缺点。 催化燃烧技术优点：新兴的催化燃烧技术已由实验阶段走向工程实践，并逐渐应用于石油化工、农药、印刷、涂料、电线加工等行业。 一 催化燃烧的基本知识 1 催化燃烧的基本原理 催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行。 借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO2和H2O，同时放出大量热能，其反应过程为： 2 催化燃烧的特点及经济性 1）催化燃烧的特点 （1）起燃温度低，节省能源 由表1可见，有机废气催化燃烧与直接燃烧相比，具有起燃温度低，能耗也小的显著特点。在某些情况下，达到起燃温度后便无需外界供热。 项目 起燃温度(℃) 燃烧温度(℃) 燃烧方式 （NOX）产量 催化燃烧 200～400 300～500 催化剂表面无焰燃烧 几乎没有 热力燃烧 600～900 600～800 高温火焰中停留 产生一定量 表1 催化燃烧与热力燃烧的比较 （2）适用范围广 催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体，即它适用于浓度范围广、成分复杂的各种有机废气处理。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多成分，又没有回收价值的废气，采用吸附-催化燃烧法的处理效果更好。 （3）处理效率高，无二次污染 用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上，最终产物为无害的CO2和H2O（杂原子有机化合物还有其他燃烧产物），因此无二次污染问题。此外，由于温度低，能大量减少NOX的生成 2）催化燃烧的经济性 影响催化燃烧法经济效益的主要因素有： 催化剂性能和成本； 废气中的有机物浓度； 热量回收效率； 经营管理和操作水平。 催化燃烧虽然不能回收有用的产品，但可以回收利用催化燃烧的反应热，节省能源，降低处理成本，在经济上是合理可行的。 3 催化剂 1） 催化剂的主要性能指标 在空速较高，温度较低的条件下，有机废气的燃烧反应转化率接近100%，表明该催化剂的活性较高 催化剂的活性分诱导活化、稳定、衰老失活3个阶段，有一定的使用限期，工业上实用催化剂的寿命一般在2年以上。 环保催化剂一般要求： 极高的净化效率 处理量大 耐冲刷 压降低 抗毒能力强、化学稳定性高、选择性好 高强度、高稳定性 净化设备结构简单投资低 不产生二次污染。 2）催化剂种类 目前催化剂的种类已相当多，按活性成分大体可分3类。 （1）贵金属催化剂 铂、钯、钌等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用寿命长，适用范围广，易于回收，因而是最常用的废气燃烧催化剂 如我国最早采用的Pt-Al2O3催化剂就属于此类催化剂。但由于其资源稀少，价格昂贵，耐中毒性差，人们一直努力寻找替代品 （2）过渡金属氧化物催化剂 作为取代贵金属催化剂，采用氧化性较强的过渡金属氧化物，对甲烷等烃类和一氧化碳亦具有较高的活性，同时降低了催化剂的成本，常见的有MnOx、CuOx和CuOx等催化剂。大连理工大学研制的含MnO2催化剂，在130℃及空速13000h-1的条件下能消除甲醇蒸气，对乙醛、丙酮、苯蒸气的清除也很有效果。 （3）复氧化物催化剂 一般认为，复氧化物之间由于存在结构或电子调变等相互作用，活性比相应的单一氧化物要高。主要有以下两大类： I钙钛矿型复氧化物 稀土与过渡金属氧化物在一定条件下可以形成具有天然钙钛矿型的复合氧化物，通式为ABO3，其活性明显优于相应的单一氧化物。常见的有几类如：BaCuO2、LaMnO3等。 II尖晶石型复氧化物 作为复氧化物重要的一种结构类型，以AB2X4表示.尖晶石亦具有优良的深度氧化催化活性，如对CO的催化燃烧起燃点落在低温区（约80℃），对烃类亦在低温区可实现完全氧化.其中研究最为活跃的CuMn2O4尖晶石，对芳烃的活性尤为出色，如使甲苯完全燃烧只需260℃，实现低温催化燃烧，具有特别实际意义。 3） 催化剂负载方式 催化剂活性组分可通过下列方式沉积在载体上： (1)电沉积在缠绕或压制的金属载体上； (2)沉积在颗粒状陶瓷材料上； (3)沉积在蜂窝结构的陶瓷材料上。 金属载体催化剂的优缺点：优点：是导热性能好、机械强度高缺点：是比表面积较小。 陶瓷载体结构有颗粒状及蜂窝状两大类，陶瓷材料通