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VOCs催化燃燒催化劑的原理、應(yīng)用及常見問題

時間:2022-06-17 17:35 作者:jg105 閱讀:1609

    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(jī)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(dá)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(jī)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。
      

 2.什么是低溫催化劑
     
低溫催化劑性能指標(biāo):起燃溫度≤200℃,氧化轉(zhuǎn)化效率≥95%,孔密度200-400cpsi,抗壓強(qiáng)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(yán)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(biāo)注空速30000h-1:代表每立方催化劑每小時能處理30000m3廢氣??账袤w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(fù)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,貴金屬得到最大程度的利用,此時催化劑的處理能力與貴金屬含量成正相關(guān)。然而當(dāng)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(jī)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(dá)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(dá)到高溫,而廢氣的濃度達(dá)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。灰塵、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(jìn)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(jìn)行濃縮。濃度過高:燃爆風(fēng)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(fēng)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(jī)或無機(jī)物對催化劑的破壞作用很強(qiáng),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(yán)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。

 

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