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            催化燃燒技術(shù)處理有機(jī)廢氣研究進(jìn)展

            作者:  景德鎮(zhèn)蘭天環(huán)保科技有限公司發(fā)布時間:  2018-11-29點(diǎn)擊量:  1274

            隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,化工企業(yè)的新起導(dǎo)致了大量工業(yè)有機(jī)廢氣的排放。根據(jù)空氣質(zhì)量提高聯(lián)防聯(lián)控的規(guī)劃,揮發(fā)性有機(jī)污染物VOCs的控制工作已列為聯(lián)防聯(lián)控工作的重點(diǎn)任務(wù)之一。而催化燃燒作為控制VOCs污染的主要技術(shù),具有反應(yīng)條件溫和、操作條件容易控制、無二次污染等優(yōu)點(diǎn),尤其是在難生物降解的VOCs污染控制方面具有顯著優(yōu)勢,受到研究者的廣泛重視。本文主要對催化燃燒技術(shù)中所用催化劑種類、工藝特點(diǎn)進(jìn)行介紹,并對其在有機(jī)廢氣治理中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行展望。

            1.催化劑選型

            催化燃燒中,與直接燃燒相比催化劑的存在使有機(jī)物在熱破壞時僅需更少的保留時間和更低的溫度,催化濃度范圍廣,幾乎可以處理烴有機(jī)廢氣及惡臭氣體,凈化率一般都在95%以上,催化劑的種類按活性成分不同大體可分為三大類。

            1.1貴金屬催化劑

            Pt、Pa、Ru等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性,且適用范圍廣、催化劑壽命長、便于回收,因次在處理有機(jī)廢氣中較為常用。

            施春苗等用乙二醇二甲醚蒸氣和甲苯蒸氣作為催燃燒氣,探究了3種不同鈀-鎳合金負(fù)載型催化劑對有機(jī)廢氣催化燃燒效果的影響,并用SEM和EDS對催化劑進(jìn)行表征,結(jié)果顯示,鈀含量的改變對催化劑的活性影響很大,0.5%和0.8%Pd/Ni合金基燃燒催化劑在210~240℃溫度區(qū)間可使1600mg/m3的甲苯廢氣和40000mg/m3的乙二醇二甲醚廢氣轉(zhuǎn)化率達(dá)95%,具有優(yōu)良的催化燃燒效果。王筱喃等采用FRIPP自己的Pt,Pd催化燃燒催化劑對單組分及多組分關(guān)鍵有機(jī)模擬廢氣進(jìn)行了催化燃燒實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用Pt/Pd催化燃燒催化劑處理的含苯系物有機(jī)廢氣的溫度為250℃,床層空速為20000h-1,含苯系物的有機(jī)廢氣的去除率可達(dá)97%以上。

            1.2過渡金屬氧化物催化劑

            過渡金屬氧化物作為一種氧化性較強(qiáng)的催化劑,對CH4等烴類和CO均具有較高的催化活性,同時催化劑的成本較低,常見的有CoOX、CuOX和MnOX等催化劑。

            萬義玲等用檸檬酸(CA)溶膠-凝膠法制備了不同錳Mn/(Ce+Mn)物質(zhì)的量比的CeO2-MnOx催化劑,在氯乙烯有機(jī)廢氣的催化燃燒模型反應(yīng)中,研究了制備條件和反應(yīng)條件對制備CeO2-MnOx催化劑性能的影響,結(jié)果表明當(dāng)CA:Mn:Ce=0.3:0.5:0.50時,制備的CeO2-MnOx催化劑活性好,在10000~30000h-1床層空速和0.05%~0.15%的低濃度氯乙烯催化燃燒反應(yīng)中均具有良好的效果。大連理工大學(xué)研制的含MnO2催化劑,在一定的條件下可以脫除CH3OH蒸氣,并對C2H4O、C3H6O、C6H6蒸氣的清除也有很好效果。

            1.3復(fù)合氧化物催化劑

            復(fù)氧化物相較于單一氧化物由于其各組分間存在結(jié)構(gòu)或電子調(diào)變等相互作用,其催化活性較高。主要有以下兩大類:一、鈣鈦礦型復(fù)氧化物:稀土與過渡金屬氧化物形成的具有天然鈣鈦礦型復(fù)合氧化物,一般通式為ABO3,常見的有LaMnO3和BaCuO2等;二、尖晶石型復(fù)氧化物:通式為AB2X4是一種重要的復(fù)氧化物結(jié)構(gòu)類型,尖晶石型催化劑具有突出的深度氧化催化活性。黃海鳳等采用ZrO2、SiO2、MgO、Al2O3和TiO2和為載體,通過浸漬法制備了三元復(fù)合氧化物Cu-Mn-Ce(CMC)的負(fù)載型催化劑,以甲苯作為催化燃燒氣,研究了該催化劑的催化燃燒活性。結(jié)果表明,純CMC催化劑的鈰基固溶體結(jié)構(gòu)具有良好的催化活性,其中TiO2和ZrO2作為載體時,CMC的高溫?zé)岱€(wěn)定性好,這是由于TiO2和ZrO2較好的保持了該催化劑的活性固溶體結(jié)構(gòu);而當(dāng)SiO2和Al2O3作為載體時,其表面羥基和大比表面積不利于CMC活性固溶體結(jié)構(gòu)的形成,以MgO作為載體時,Mn,Cu等過渡金屬其發(fā)生相互作用而使CMC的活性結(jié)構(gòu)被破壞,催化活性降低。

            2.催化燃燒工藝

            2.1工作原理

            催化燃燒是一個氣-固相催化反應(yīng)過程,其反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化燃燒過程中,催化劑具有吸附作用,同時可以降低反應(yīng)的活化能,通過將反應(yīng)物分子富集于催化劑表面從而提高反應(yīng)速率,加快反應(yīng)進(jìn)程。利用催化劑的優(yōu)異性能,可使有機(jī)廢氣在較低的起燃溫度(200~300℃)下發(fā)生無焰燃燒,并氧化分解為CO2和H2O,同時放出大量熱能。并且由于催化劑具有選擇性催化作用,可以限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化過程,使其在反應(yīng)中生成分子氮(N2)。

            2.2主要工藝

            目前所用的催化燃燒工藝主要包括固定床催化燃燒工藝、流化床催化燃燒工藝、整體式催化燃燒工藝、流向變換催化燃燒工藝四大類,各工藝所用催化劑類型和對有機(jī)廢氣的處理效果、工藝特點(diǎn)。

            3.展望

            催化燃燒技術(shù)具有燃點(diǎn)低,能耗低的特點(diǎn),可大大增加低濃度有機(jī)廢氣的處理效率,在催化反應(yīng)、化工領(lǐng)域、自動檢測和環(huán)境工程控制等領(lǐng)域均具有重要應(yīng)用。但由于催化劑容易中毒,壽命等因素使其在有機(jī)廢氣處理中的應(yīng)用具有一定局限性。因此大力研發(fā)新型催化燃燒催化劑,研制具有大比表面積、低起燃點(diǎn)、空速及抗毒能力強(qiáng)的非貴金屬催化劑,使其能夠在低溫條件下同時降解多種不同濃度有機(jī)廢物,將成為今后研究工作的重點(diǎn)。同時催化燃燒裝置應(yīng)向整體型發(fā)展,以降低造價和使用費(fèi)。

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