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隨著當前國內環保政策的全力持續推進,很多企業對催化燃燒這一概念都不再陌生,特別是在工業VOCs廢氣治理領域,催化燃燒工藝更是得到了大力推廣和應用。顧名思義,催化燃燒就是指用催化劑使廢氣中可燃物質在較低溫度下氧化分解的凈化方法,而說到催化燃燒,就不能不提及VOCs催化劑。
由于催化劑的載體是由多孔材料制作的,具有較大的比表面積和合適的孔徑,當加熱到300~450℃的有機氣體通過催化層時,氧和有機氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上,增加了氧和有機氣體接觸碰撞的機會,提高了活性,使有機氣體與氧產生劇烈的化學反應而生成CO2和H2O,同時產生熱量,從而使得有機氣體變成無毒無害氣體。
與熱力燃燒法相比,催化燃燒所需的輔助燃料少,能量消耗低,設備設施的體積小。但是,由于使用的催化劑的中毒、催化床層的更換和清潔費用高等問題,影響了這種方法在工業生產過程中的推廣和應用。
因此, 相對而言,催化燃燒更適用于那些含有可燃氣體、蒸氣等有毒有害氣體的凈化,特別是幾乎適用于所有排放烴類或有臭味化合物的工業生產過程。但如果用于含有大量塵粒、霧滴等有毒有害氣體的凈化,則容易引起催化床層的堵塞,導致催化活性下降,進而降低了凈化效率。
在通常情況下,導致催化劑中毒的毒物(抑制劑)主要有磷、鉛、秘、砷、錫、汞、亞鐵離子、鋅、鹵素等,為了防止催化劑中毒,我們可在廢氣進入反應器前加設廢氣預處理裝置,從而提前清除廢氣中的粉塵和毒物,并定期進行再生和清洗等。
催化劑通常是由催化活性材料和催化載體構成。催化活性材料一般是金屬或金屬氧化物。其中貴重金屬催化劑主要有鉑、鈀和釕等;普通金屬催化劑主要有銅、鉻、鎳、釩、錳、鐵、鈷等金屬及氧化物。
其中,金屬載體一般是以鎳或鎳鉻合金為載體做成帶、片、丸、絲等形狀,通過 “電鍍”或 “化學鍍”(即溶液浸漬)將鉑、鈀鍍在這些載體上,制成便于裝配、拆卸的模屜;以陶瓷為載體的催化劑,則一般是以硅鋁氧化物為載體,其結構有片粒狀和蜂窩狀兩種,該載體是在陶瓷結構上涂敷一層僅0.13mm厚的α-氧化鋁薄層,把活性的鉑、鈀等金屬催化劑以微晶狀態沉積或分散在多孔的氧化鋁薄層中,并制成便于裝配、拆卸的模屜;另有炭纖維載體可制作成線狀、氈狀、網狀等形狀,在載體上涂敷催化活性材料,制成便于裝配、拆卸的模屜。
催化劑除了貴金屬和金屬材質的以外,還有稀土金屬催化劑。稀土金屬系列目前我國還不夠成熟。選用單位比較少。但是它的價格遠低于貴金屬,前景廣闊。我國又是稀土金屬礦源十分豐富的我國。稀土金屬的催化作用能有效提高,這也標志著我國催化燃燒技術性的飛躍。
催化劑的載體催化載體是多孔材料,主要作用是使活性材料具有大的體表面積,可分為金屬載體、陶瓷載體和炭纖維載體。目前多數采用氧化鋁陶瓷,一般可分為丸狀、帶狀和蜂窩狀。在實踐應用中應該選用蜂窩狀,這是因為蜂窩狀的比表面積大、空速大、用量少(僅為丸狀的1/2),壓力損失少,而反應器的斷面積僅是丸狀的1/4。
催化劑是催化燃燒法的核心,那么在工業VOCs廢氣治理的過程,我們該如何進行選擇呢?到底哪種類型的催化劑更適合自己廠區的工況條件呢?下面我們就來看看催化劑的各項性能,用戶可結合自己的實際工況進行選擇,從而實現較佳治理效果。
總體來說,一種好的催化劑必須具備催化活性高、熱穩定性好、強度高、壽命長等特性。
首先,活性高是指催化劑的活性好壞直接影響著催化燃燒的化學轉化率。而轉化率不僅與催化活性材料自身的活性有關,而且與催化載體的物理形狀有著直接關系。所以,在選擇適應的催化活性材料的同時,還必須考慮催化載體的物理形狀,保證催化劑有較高的活性,達到催化燃燒凈化的目的。
這里就會涉及到催化劑的一個重要指標——空速。空速就是在單位時間內所處理較大的處理量。從形狀上看,蜂窩狀比丸狀的空速來得大。空速選擇不正確馬上影響凈化率。因此,選擇蜂窩狀才比較理想。
其次,熱穩定性好是指由于廢氣的溫度隨時變化,如果催化劑不能適應一定范圍內的溫度變化,催化劑的性能就會下降,凈化效率就會降低。因此,催化劑必須具備適應一定范圍內的溫度變化。
而在選擇催化溫度時,首先取決于有機溶劑的成份,這樣才能正確保證凈化率和活性的持久性。在催化劑中鉑比鈀貴,因此,實際選用鈀作催化劑比較多。適當提高催化溫度。實際證明,催化溫度保證在300℃以上時,大部分有機溶劑就可以氧化。個別有機溶劑必須在350℃以上才能氧化。因此,在選擇催化溫度前,必須了解有機廢氣中有機成份,不能一概而論。如果隨意選擇溫度,那很容易造成不氧化,使有機溶劑的微粒子吸附催化劑載體的表面,久而久之,催化劑的活性就下降。直接影響凈化率的轉化。這種現象就是大家所經常碰到的催化燃燒開始時凈化率高,而過了一段時間后效果不明顯。其實,真正能掌握催化燃燒技術的工作者和企業,可以避免這種現象。
再次,強度高是指在催化燃燒過程中,催化劑往往會因高溫、振動和氣流等因素的作用,使催化劑產生破裂和磨損,破裂和磨損會造成催化劑的活性降低,增加催化劑床層的壓降,影響凈化效果。
較后,壽命長是指催化活性材料大都比較昂貴,因此,設計時選用催化劑時應盡量使用壽命較長的催化劑。
綜上所述,因催化燃燒技術具有燃點低、能耗低的特點,可大大增加低濃度有機廢氣的處理效率,在催化反應、化工領域、自動檢測和環境工程控制等領域均具有重要應用。但由于催化劑容易中毒以及壽命等因素使其在有機廢氣處理的應用中具有一定局限性。
為此,河北漢藍環境科技依據多年實踐經驗,并結合用戶實際工況自主研發了新型催化燃燒催化劑,該催化劑具有比表面積大、空速和抗毒能力強的非貴金屬催化劑,促進催化燃燒技術在廢氣治理過程發揮較佳效用,同時使催化燃燒裝置向整體型和節能型發展,從而降低投資和使用成本,為企業達成環保目標創造更多的有利條件。