催化燃燒技術(shù)原理及常見問題解答

 
催化燃燒技術(shù)作為VOCs廢氣處理工藝之一，因為其凈化率高，燃燒溫度低（一般低于350℃），燃燒沒有明火，不會有NOx等二次污染物的生成，安全節(jié)能環(huán)保等特點，在環(huán)保市場應(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。
　　1.催化燃燒反應(yīng)原理　　催化燃燒反應(yīng)原理是有機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，同時氧化分解成CO2和H2O。

 

催化燃燒的催化劑反應(yīng)原理圖
　 2.什么是低溫催化劑
　　低溫催化劑性能指標：起燃溫度≤200℃，氧化轉(zhuǎn)化效率≥95%，孔密度200-400cpsi，抗壓強度≥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）的燃燒溫度都會在600℃以上，這樣的燃燒會產(chǎn)生氮氧化物，就是常說的NOx,這也是要嚴格控制的污染物。催化燃燒是沒有明火的燃燒，一般低于350℃，不會有NOx生成，因此更為安全和環(huán)保。
　　4.什么是空速？影響空速的因素有哪些
　　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)，可簡化為h-1。例如產(chǎn)品標注空速30000h-1：代表每立方催化劑每小時能處理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，此時的貴金屬以極小的顆粒（幾個納米）存在于載體上，貴金屬得到大程度的利用，此時催化劑的處理能力與貴金屬含量成正相關(guān)。然而當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，氣體體積膨脹對空速的影響
　　穩(wěn)定運行狀態(tài)下，氣體體積膨脹對空速影響不大，因為一般而言VOCs含量不高，僅僅這部分氣體的膨脹，體積流量的增加很少。
　　7.納米級催化劑的優(yōu)勢
　　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，使兩者的接觸機會大大增加，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
　　起燃溫度：凈化率達到10%所需要的溫度
　　完全轉(zhuǎn)換溫度：凈化率>98%所需要的溫度
　　催化燃燒一經(jīng)點起燃將在很短時間內(nèi)達到高溫，而廢氣的濃度達到一定程度后，其反應(yīng)放熱可實現(xiàn)自熱催化反應(yīng)。
　　9.催化劑的堆碼方式
　　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，則要對廢氣做預(yù)處理，否則這些有害成分會對催化劑的壽命產(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，會導(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，這種工況建議對廢氣進行濃縮。
　　濃度過高：燃爆風險；溫升過高，燃燒溫度過高（長時間高于600度），對設(shè)備和催化劑都有傷害，這種工況建議加新風稀釋廢氣至爆炸下限以下。
　　12.催化燃燒設(shè)備啟動和停車注意事項
　　系統(tǒng)啟動前，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，再切斷電源。
　　13.催化劑中毒說明
　　某些化學(xué)物質(zhì)會使催化劑中毒，例如含磷，硫，鉛，汞，砷及鹵素等的有機或無機物對催化劑的破壞作用很強，將導(dǎo)致催化劑的永久性失活，無法恢復(fù)活性。
　　14.催化劑積碳的處理
　　可將催化劑在新鮮空氣中，加熱至500℃，保持2-4小時，可除去或部分除去積碳。
　　15.影響催化劑壽命的因素
　　催化劑的使用請嚴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。