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什么是催化燃烧?催化剂定义和催化作用机理是什么?

发布时间:2017-01-03 09:52:00 点击:
 

  催化燃烧是借助催化剂在低温下(200~400℃)下,实现对有机物的完全氧化,因此,能耗少,操作简便,安全,净化效率高,在有机废气特别是回收价值不大的有机废气净化方面,比如化工,喷漆、绝缘材料、漆包线、涂料生产等行业应用较广,已有不少定型设备可供选用。

 一、催化原理及装置组成

  1、催化剂定义  催化剂是一种能提高化学反应速率,控制反应方向,在反应前后本身的化学性质不发生改变的物质。

  2、催化作用机理  催化作用的机理是一个很复杂的问题,这里仅做简介。在一个化学反应过程中,催化剂的加入并不能改变原有的化学平衡,所改变的仅是化学反应的速度,而在反应前后,催化剂本身的性质并不发生变化。那么,催化剂是怎样加速了反应速度呢了既然反应前后催化剂不发生变化,那么催化剂到底参加了反应没有?实际上,催化剂本身参加了反应,正是由于它的参加,使反应改变了原有的途径,使反应的活化能降低,从而加速了反应速度。例如反应A+B→C是通过中间活性结合物(AB)过渡而成的,即:

A+B→[AB]→C

    其反应速度较慢。当加入催化剂K后,反应从一条很容易进行的途径实现:

A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K

    中间不再需要[AB]向C的过渡,从而加快了反应速度,而催化剂并未改变性质。


   3、催化燃烧的工艺组成  不同的排放场合和不同的废气,有不同的工艺流程。但不论采取哪种工艺流程,都由如下工艺单元组成。

   4、废气预处理  为了避免催化剂床层的堵塞和催化剂中毒,废气在进入床层之前必须进行预处理,以除去废气中的粉尘、液滴及催化剂的毒物。

   5、预热装置  预热装置包括废气预热装置和催化剂燃烧器预热装置。因为催化剂都有一个催化活性温度,对催化燃烧来说称催化剂起燃温度,必须使废气和床层的温度达到起燃温度才能进行催化燃烧,因此,必须设置预热装置。但对于排出的废气本身温度就较高的场合,如漆包线、绝缘材料、烤漆等烘干排气,温度可达300℃以上,则不必设置预热装置。

   6、预热装置加热后的热气可采用换热器和床层内布管的方式。预热器的热源可采用烟道气或电加热,目前采用电加热较多。当催化反应开始后,可尽量以回收的反应热来预热废气。在反应热较大的场合,还应设置废热回收装置,以节约能源。

   7、预热废气的热源温度一般都超过催化剂的活性温度。为保护催化剂,加热装置应与催化燃烧装置保持一定距离,这样还能使废气温度分布均匀。

从需要预热这一点出发,催化燃烧法最适用于连续排气的净化,若间歇排气,不仅每次预热需要耗能,反应热也无法回收利用,会造成很大的能源浪费,在设计和选择时应注意这一点。


8、催化燃烧装置  一般采用固定床催化反应器。反应器的设计按规范进行,应便于操作,维修方便,便于装卸催化剂。


    在有机物废气的催化燃烧中,所要处理的有机物废气在高温下与空气混合易引起爆炸,安全问题十分重要。因而,一方面必须控制有机物与空气的混合比,使之在爆炸下限;另一方面,催化燃烧系统应设监测报警装置和有防爆措施。

源最多的国家,我国的科技工作者研究开发了不少稀土催化剂,有些性能也较好。

 二、催化燃烧流程   


在催化燃烧中,催化剂的作用是: 提高反应速率;降低反应温度;减少反应器的体积。目前用于催化燃烧的催化剂除铂、钯类贵金属外,非金属催化剂的研制与应用也日益广泛。对于碳氢化合物和一氧化碳,催化剂的活性顺序为:

Pd > Pt > CO3O4 > PdO > CrO3 > Mn2O3 > CuO > CeO2 > Fe2O3 > V2O5 > NiO > Mo2O3 > TiO2

在催化剂的性能指标中,空间速度Vs表示催化装置处理废气的能力,

         三、应用

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,采用催化燃烧法的处理效果更好。 

四、注意事项

1、有机废气的浓度必须控制在相应有机物爆炸极限的25%以下,当有机废气浓度有可能超过此值时,应安装野风阀将其冲淡到安全值。因此在设计中应采用灵敏可靠的温度、浓度测定装置,以随时进行人工或自动调节。

    2、 为防止有机废气在催化剂床层上燃烧时的火焰蔓延,应在有机废气进入净化装置前安装阻火器。目前较多采用干式阻火器,阻火

材料通常为玻璃球、砾石、多孔金属板、金属丝网等。

    3、催化燃烧净化装置点火前,必须用空气将风道、燃烧室等吹扫干净,以消除可能聚集在这些部位的可燃气体,防止点火时发生起火或爆炸。

4、设备中可能积存有油污、凝液等可燃物质,它们在设备开始运行加热时会汽化成为可燃、可爆的气体,从而有可能导致爆炸。因此在点火前应将这些物质清除干净。

5、点火时应以火等气,不能以气等火。





 
 
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