24小时服务热线:

400-8838-798

技术文章

催化氧化燃烧技术简介

2020-09-15 13:57:07 东莞市中仁环保科技有限公司 阅读

燃烧法(直接燃烧、热力燃烧和催化氧化)是挥发性有机化合物最常用的净化技术,其中直接燃烧和热力燃烧所需操作温度高,燃烧反应中往往需要较多的辅助燃料,同时易产生燃烧副产物,在实际应用中(尤其针对中、低浓度有机废气)受到一定的限制。

催化氧化法始于20世纪40年代,主要用于工业恶臭废气处理和装置的能量回收。由于催化氧化技术具有高效、节能、环保、产物易于控制等优点,目前已成为净化可燃性含碳氢化合物和恶臭气体的有效手段。

催化氧化技术已成功应用于化工喷涂、漆包线、印刷、炼焦、绝缘材料等众多行业的挥发性有机污染物废气净化。催化氧化技术是典型的气-固相催化过程,反应中挥发性有机废气在催化剂的作用下发生完全氧化反应。催化剂的作用是降低反应的活化能,同时使反应物分子富集于催化剂表面,提高反应速率,借助催化剂可以使有机废气在较低的起燃温度下发生无火焰燃烧,并氧化为CO2和H2O,同时放出大量的热。催化氧化法的净化效率通常在95%以上,其主要工艺流程如图2-1所示。

当有机废气量较大时,工程上一般将换热器、燃烧室和催化床分别设计成独立设备(分建式),相互间用管路连接;当有机废气量较小时,预热器、燃烧室和催化床安装在同一个设备中(组合式)。

1.jpg

待处理废气一般借助催化燃烧后的净化气预热,当有机废气温度较低,且经过预热后仍不能达到催化燃烧温度时,多数情况下是利用辅助燃料燃烧产生高温燃气与废气均匀混合升温,大部分碳氢化合物可在500℃以内通过催化剂床层迅速氧化[式(2-1)]。催化氧化的实质是活性氧参与的剧烈氧化反应,催化剂活性组分将空气氧活化,当与反应物分子接触时发生能量传递,反应物分子被活化,从而加速氧化反应的进行。根据不同氧化阶段的氧化温度不同,催化氧化大致可以分为以下三个阶段[1]:

①低温阶段,反应为内表面反应动力学控制;

②中间阶段,反应速率受到扩散过程控制;

③高温阶段,催化活性对整个反应过程的控制变得尤为明显。

1600149501166648.jpg

无火焰催化氧化技术是VOCs治理行业中应用最为广泛的方法之一,其具有以下优点:

①起燃温度低,能量消耗少。催化氧化起燃温度通常为250~500℃,能耗较少。由于反应温度降低,允许使用标准材料来代替昂贵的特殊材料,大大降低了设备费用和操作成本。

②应用范围广。催化氧化适用于浓度范围广、成分复杂的各种有机废气处理。目前催化氧化技术已成功地应用于金属漆包线、绝缘材料、印刷等生产过程中排放的有机废气处理,由于废气温度和有机物浓度较高,催化氧化能实现自身热平衡和部分热量再利用,因此具有较好的经济效益。

③设备简单,易升级改造。由于催化反应在催化剂表面进行,提高了体积燃烧速率,燃烧锅炉可以小型化。当前,大部分燃烧设备采用的都是非催化燃烧,将现有的均相燃烧改革为催化燃烧只要将现有设备进行简单升级改造即可实现,满足达标排放的要求。

④净化效率高,二次污染少。用深度催化氧化法处理有机废气的净化效率一般都在95%以上,且最终产物为无污染的CO2和H2O,因此较少出现二次污染问题,且氧化气氛缓和,运转费用低,操作管理方便。此外,由于反应温度低,深度催化氧化能很好地控制热力型NOx的生成。

来源:《挥发性有机污染物排放控制过程、材料与技术》



标签:   催化氧化燃烧