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          催化燃燒的原理過程

          催化燃燒過程

          在化學反應過程中,利用催化劑降低燃燒溫度,加速有毒有害氣體完全氧化的方法,叫做催化燃燒法。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。

          催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應器、熱回收系統和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成,如右圖所示。其凈化原理是:未凈化氣體在進入燃燒室以前,先經過熱交換器被預熱后送至燃燒室,在燃燒室內達到所要求的反應溫度,氧化反應在催化反應器中進行,凈化后煙氣經熱交換器釋放出部分熱量,再由煙囪排入大氣。

          催化燃燒裝置設計時應考慮以下幾方面問題:

          1、氣流和溫度均勻分布。要使通過催化劑表面的氣流和溫度分布均勻,并保證火焰不直接接觸催化劑表面,燃燒室必需具有足夠的長度和空間。催化燃燒裝置應具有良好的保溫效果。爐體一般用鋼結構的外殼內襯耐火材料,或用雙層夾墻結構。

          2、便于清洗和更換。催化劑反應器一般應設計成裝卸方便的模屜結構,便于清洗和更換催化劑載體。

          3、輔助燃料和助燃。催化燃燒一般采用天然氣作輔助燃料,也可用燃料油、電加熱等作輔助燃料。助燃一般用凈化后的氣體,如果凈化后的氣體不能作為助燃,則應引入空氣助燃。

          4、較高的轉化速度。由于催化燃燒為不可逆的放熱反應,所以,無論反應進行到什么階段,都應在盡可能高的溫度下進行,以獲得較高的轉化速度。但操作溫度往往受某些條件的限制,如催化劑的耐熱溫度、高溫材料的獲得,熱能的供應,以及是否伴有副反應等。因而實際生產中應根據實際情況恰當地選擇。

          催化劑

          材料和載體

          催化劑是一種能改變化學反應速度,而在反應前后其本身的化學性質沒有改變的物質。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。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。催化載體分為金屬載體、陶瓷載體和炭纖維載體。金屬載體一般是以鎳或鎳鉻合金為載體做成的帶、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,并制成便于裝配、拆卸的模屜。以陶瓷為載體的催化劑,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。一般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。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。[1]

          性能要求

          催化劑是催化燃燒法的核心,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。




          1、活性高。催化劑的活性好壞直接影響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。

          2、熱穩定性好。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。

          3、強度高。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。

          4、壽命長。催化活性材料大都比較昂貴,所以,設計時選用催化劑時應盡量使用壽命較長的催化劑。

          催化燃燒應用

          催化燃燒適用于含有可燃氣體、蒸氣等有毒有害氣體的凈化,但對于含有大量塵粒、霧滴等有毒有害氣體,容易引起催化床層的堵塞,使催化活性下降,從而降低凈化效率。催化燃燒凈化方法,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。


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