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催化原理及裝置組成

1、催化劑定義催化劑是一種能提高化學(xué)反應(yīng)速率，控制反應(yīng)方向，在反應(yīng)前后本身的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變的物質(zhì)。

2、催化作用機(jī)理催化作用的機(jī)理是一個(gè)很復(fù)雜的問題，這里僅做簡(jiǎn)介。在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程中，催化劑的加入并不能改變?cè)�有的化學(xué)平衡，所改變的僅是化學(xué)反應(yīng)的速度，而在反應(yīng)前后，催化劑本身的性質(zhì)并不發(fā)生變化。

3、催化燃燒的工藝組成不同的排放場(chǎng)合和不同的廢氣，有不同的工藝流程。但不論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成。

①?gòu)U氣預(yù)處理為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒，廢氣在進(jìn)入床層之前必須進(jìn)行預(yù)處理，以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。

②預(yù)熱裝置預(yù)熱裝置包括廢氣預(yù)熱裝置和催化劑燃燒器預(yù)熱裝置。因?yàn)榇呋瘎┒加幸粋�(gè)催化活性溫度，對(duì)催化燃燒來說稱催化劑起燃溫度，必須使廢氣和床層的溫度達(dá)到起燃溫度才能進(jìn)行催化燃燒，因此，必須設(shè)置預(yù)熱裝置。但對(duì)于排出的廢氣本身溫度就較高的場(chǎng)合，如漆包線、絕緣材料、烤漆等烘干排氣，溫度可達(dá)300℃以上，則不必設(shè)置預(yù)熱裝置。

預(yù)熱裝置加熱后的熱氣可采用換熱器和床層內(nèi)布管的方式。預(yù)熱器的熱源可采用煙道氣或電加熱，目前采用電加熱較多。當(dāng)催化反應(yīng)開始后，可盡量以回收的反應(yīng)熱來預(yù)熱廢氣。在反應(yīng)熱較大的場(chǎng)合，還應(yīng)設(shè)置廢熱回收裝置，以節(jié)約能源。

預(yù)熱廢氣的熱源溫度一般都超過催化劑的活性溫度。為保護(hù)催化劑，加熱裝置應(yīng)與催化燃燒裝置保持一定距離，這樣還能使廢氣溫度分布均勻。

從需要預(yù)熱這一點(diǎn)出發(fā)，催化燃燒法最適用于連續(xù)排氣的凈化，若間歇排氣，不僅每次預(yù)熱需要耗能，反應(yīng)熱也無法回收利用，會(huì)造成很大的能源浪費(fèi)，在設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。

③催化燃燒裝置一般采用固定床催化反應(yīng)器。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)按規(guī)范進(jìn)行，應(yīng)便于操作，維修方便，便于裝卸催化劑。

在進(jìn)行催化燃燒的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況，對(duì)于處理氣量較大的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)成分建式流程，即預(yù)熱器、反應(yīng)器獨(dú)立裝設(shè)，其間用管道連接。對(duì)于處理氣量小的場(chǎng)合，可采用催化焚燒爐，把預(yù)熱與反應(yīng)組合在一起，但要注意預(yù)熱段與反應(yīng)段間的距離。

催化燃燒過程的熱平衡：催化燃燒是放熱反應(yīng)，放熱量的大小取決于有機(jī)物的種類及其含量。依靠廢氣燃燒的反應(yīng)熱，維持催化燃燒過程持續(xù)進(jìn)行是最經(jīng)濟(jì)的操作方法，而能否以自熱維持體系的正常反應(yīng)，則取決于燃燒過程的放熱量、催化劑的起燃溫度、熱量回收率、廢氣的初始溫度。

催化燃燒法的優(yōu)點(diǎn)

1．可以降低有機(jī)廢氣的起始燃燒溫度。例如甲醇、甲醛在以氧化鋁為載體的Pt催化劑(Pt/Al2O3)的作用下,室溫下就開始燃燒,而直接燃燒法起始燃燒點(diǎn)通常為300～600℃。

2．燃燒不受碳?xì)浠�合物濃度的限制�?/font>

3．基本上不會(huì)造成二次污染。

4．設(shè)備較簡(jiǎn)單，投資少，見效快。

無論燃煤是發(fā)電還是供熱、供汽，使用它的主要設(shè)備為鍋爐。我國(guó)大中城市中普遍使用小型鍋爐供熱，更小型的茶爐供應(yīng)開水。這樣，成千上萬根細(xì)小的煙囪，就一起豎直著指向天空，隨時(shí)噴出一股股黑煙，污染天空。因此科學(xué)家提出治理大氣污染應(yīng)從鍋爐開始。

廢氣處理催化燃燒凈化塔在催化劑的作用下，使有機(jī)廢氣中的碳?xì)浠�合物在溫度較低的條件下迅速氧化成水和二氧化碳。

催化燃燒法處理工業(yè)有機(jī)廢氣是20世紀(jì)40年代末出現(xiàn)的技術(shù)。從1949年美國(guó)研制出世界上第一套催化燃燒裝置到現(xiàn)在，這項(xiàng)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于油漆、橡膠加工、塑料加工、樹脂加工、皮革加工、食品業(yè)和鑄造業(yè)等部門，也用于汽車廢氣凈化等方面。中國(guó)在1973年開始將催化燃燒法用于治理漆包線烘干爐排出的有機(jī)廢氣,隨后又在絕緣材料、印刷工業(yè)等方面進(jìn)行了研究,使催化燃燒法得到了廣泛的應(yīng)用。

催化燃燒工藝

1、吸附過程吸附是氣體結(jié)合到固體上去的質(zhì)量傳遞過程

氣體（吸附質(zhì)）進(jìn)入固體（吸附劑）的孔隙中但并未進(jìn)入其晶格內(nèi)。吸附過程可能是物理過程，也可能是化學(xué)過程。物理吸附主要是范德華引力起作用，一般沒有選擇性，在吸附過程中沒有電子轉(zhuǎn)移，沒有化學(xué)鍵的生成與破壞�；瘜W(xué)吸附實(shí)際上是一種化學(xué)反應(yīng)，具有選擇性，在化學(xué)吸附過程中，氣體和固體表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

最普遍使用的吸附劑是活性炭、分子篩、硅膠和活性氧化鋁。這些吸附劑經(jīng)過處理后表面積極大，可有效吸附碳?xì)浠�合物等污染物。其缺點(diǎn)是對(duì)水有優(yōu)先選擇性吸附作用。所有的吸附劑在一定的高溫下會(huì)發(fā)生變化。在這些溫度下，其吸附能力很弱。

污染物可以被解脫出來，從而使吸附劑的活性得到再生，這個(gè)過程成為脫附。為了進(jìn)行連續(xù)操作，一般提供兩個(gè)或多個(gè)吸附床。一個(gè)或幾個(gè)吸附床在吸附時(shí)，另一個(gè)或幾個(gè)吸附床則進(jìn)行再生。

在吸附過程中，被收集的污染物滯留在吸附床中，只要吸附床有足夠的容量，污染物就不會(huì)釋放出來。但是當(dāng)吸附床中的污染物濃度達(dá)到飽和時(shí)，污染物便開始釋放出來，這種現(xiàn)象稱為穿透。達(dá)到飽和的吸附床需要進(jìn)行再生，一般采用加熱的氣體對(duì)吸附床進(jìn)行脫附，一方面使吸附床重新具有活性，一方面是污染物被解脫出來進(jìn)行回收或分解處理。

2、燃燒過程當(dāng)氣流中的污染物可被氧化時(shí)，燃燒是一種徹底的污染控制方案

碳?xì)浠�合物就屬于這類污染物。燃燒可以分為直接火焰燃燒和催化燃燒兩類。燃燒即是在氧和熱的作用下將碳?xì)浠�合物轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。其反應(yīng)方程式如下：CnH2m+（n+m/2）O2=nCO2+H2O+Heat在燃燒過程中，氣流量和有機(jī)物負(fù)荷是選擇燃燒技術(shù)的重要參數(shù)。

一個(gè)衡量污染物負(fù)荷的參數(shù)是低爆炸極限（LEL）或低可燃極限（LFL）。氣流的低爆炸極限是氣體可自燃的最低有機(jī)物濃度（100%LEL）。由于100%LEL具有爆炸危險(xiǎn)，美國(guó)消防協(xié)會(huì)規(guī)定氣流的LEL不能超過50%,在LEL超過25%時(shí)應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w監(jiān)控裝置。

另一個(gè)要考慮的因素是氣流的能量密度，當(dāng)氣流的能量密度必須大于3.7MJ/m3時(shí)點(diǎn)火后氣體可自行維持燃燒，否則需要提供輔助燃料，另外要考慮燃燒后不產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)品。能量值低于3.7MJ/m3的氣體，可利用催化劑來幫助氧化燃燒。

經(jīng)常使用的活性催化劑是鉑或鈀的化合物，使用陶瓷作載體。使用催化劑可降低燃燒溫度，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，但是主要缺點(diǎn)是微量的硫和鉛的化合物會(huì)使催化劑中毒，而且特定的催化劑對(duì)每種有機(jī)污染物起到催化燃燒的作用是不同的，對(duì)有些有機(jī)污染物的去除可能無效。

3、在燃燒工藝中，為了節(jié)省能源，一般對(duì)燃燒使用或產(chǎn)生的熱量進(jìn)行利用

利用方式包括換熱和回?zé)醿煞N。換熱方式是利用換熱器在燃燒后產(chǎn)生的高溫氣體和低溫氣體（進(jìn)氣或其他需要熱源的氣流）之間進(jìn)行換熱能量傳遞，回?zé)岱绞绞抢�用蓄熱裝置直接和氣流進(jìn)行交替熱交換，因此熱量利用的效率更高。不同的燃燒工藝組合，形成4種基本的燃燒工藝方式：催化燃燒（換熱），直接燃燒（換熱），回?zé)岽呋�燃燒（RCO），回?zé)崛紵�（RTO）。在此基礎(chǔ)上還形成了轉(zhuǎn)輪富集燃燒，陶瓷過濾器等方式。

來源：環(huán)保人