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天造环保解析:VOCs催化燃烧中催化剂原理及应用常见问题

作者:山东天造环保 日期:2020-10-17 点击:31
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催化燃烧技术作为VOCs废气处理工艺之一,因为其净化率高,燃烧温度低(一般低于350℃),燃烧没有明火,不会有NOx等二次污染物的生成,安全节能环保等特点,在环保市场应用有了很好的发展前景。催化剂作为催化燃烧系统的关键技术环节,催化剂的合成技术及应用规则就显得尤为重要。

 1、催化燃烧反应原理

催化燃烧反应原理是有机废气在较低温度下在催化剂的作用下被完全氧化和分解,达到净化气体目的。催化燃烧是典型的气固相催化反应,其原理是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低反应的活化能,同时使反应物分子富集在催化剂表面上以提高反应速率。借助于催化剂,有机废气可以在较低的起燃温度下无焰燃烧并且在释放大量热量,同时氧化分解成CO2和H2O。

2.什么是低温催化剂

低温催化剂性能指标:起燃温度≤200℃,氧化转化效率≥95%,孔密度200-400cpsi,抗压强度≥8MPa。

3.VOCs催化剂在催化燃烧系统中的作用与影响

通常VOCs的自燃烧温度较高,通过催化剂的活化,可降低VOCs燃烧的活化能,从而降低起燃温度,减少能耗,节约成本。

另外:一般(无催化剂存在)的燃烧温度都会在600℃以上,这样的燃烧会产生氮氧化物,就是常说的NOx,这也是要严格控制的污染物。催化燃烧是没有明火的燃烧,一般低于350℃,不会有NOx生成,因此更为安全和环保。

4.什么是空速?影响空速的因素有哪些?

在VOCs催化燃烧系统中,反应空速通常指体积空速(GHSV),体现出催化剂的处理能力:反应空速是指规定的条件下,单位时间单位体积催化剂处理的气体量,单位为m3/(m3催化剂•h),可简化为h-1。例如产品标注空速30000h-1:代表每立方催化剂每小时能处理30000m3废气。空速体现出催化剂的VOCs处理能力,因此和催化剂的性能息息相关。

5.贵金属负载量与空速的关系,贵金属含量是越高越好吗?

贵金属催化剂的性能与贵金属的含量、颗粒大小和分散度相关。理想状态下,贵金属高度分散,此时的贵金属以极小的颗粒(几个纳米)存在于载体上,贵金属得到最大程度的利用,此时催化剂的处理能力与贵金属含量成正相关。然而当贵金属含量高到一定程度后,金属颗粒容易聚集长大成为较大的颗粒,贵金属与VOCs的接触面反倒下降,大部分贵金属被包在内部,此时增加贵金属含量反而不利于催化剂活性的提高。

6.气体燃烧后,气体体积膨胀对空速的影响

稳定运行状态下,气体体积膨胀对空速影响不大,因为一般而言VOCs含量不高,仅仅这部分气体的膨胀,体积流量的增加很少。

7.纳米级催化剂的优势

纳米催化剂是指催化剂的有效成分(比如贵金属)以纳米的尺度分散在载体上,催化剂的有效成分尽可能多地暴露在气体中,使两者的接触机会大大增加,这样的催化剂一般性能更为优越。

8.起燃温度和完全转化温度的定义,以及与废气浓度的关系

起燃温度:净化率达到10%所需要的温度

完全转换温度:净化率>98%所需要的温度

催化燃烧一经点起燃将在很短时间内达到高温,而废气的浓度达到一定程度后,其反应放热可实现自热催化反应。

9.催化剂的堆码方式

在压降允许的范围内,催化剂应按照“高瘦型”方式堆放,高径比应大于1.5。否则靠器壁的催化剂的利用率会较低,影响整体催化剂床层的催化效果。孔道与气体流向一致,保持一定孔道长度,各段催化块应错开摆放,四边与反应器炉壁接触部位应采用钢骨架折边或采用耐高温材料密封防止废气漏通。

10.废气预处理可延长催化剂和催化燃烧设备的寿命原因分析

废气可能含有一些对催化剂有害成分,如果已知有这样的化学物质存在,则要对废气做预处理,否则这些有害成分会对催化剂的寿命产生很大影响。

废气应经过预处理(除尘除油除湿)再通入催化仓。灰尘、积碳及高沸粘性物附着于催化剂表面,覆盖催化剂活性位点,会导致催化剂催化作用,因此,应尽量避免灰尘及高沸粘性物的引入。

较高湿度环境中,水蒸气和油雾漆雾在高温下容易与催化剂发生作用,造成催化剂烧结失活,因此应尽量减少水蒸气和油雾漆雾进入催化剂床层。

11.催化燃烧系统废气浓度控制的重要性

合适的废气浓度可以保证催化燃烧系统安全高效的处理废气,同时有利于延长设备和催化剂的使用寿命。

浓度过低:大量的能量用于加热空气,能耗高,反应放热不足以维持系统的自热燃烧,这种工况建议对废气进行浓缩。

浓度过高:燃爆风险;温升过高,燃烧温度过高(长时间高于600度),对设备和催化剂都有伤害,这种工况建议加新风稀释废气至爆炸下限以下。

12.催化燃烧设备启动和停车注意事项

系统启动前,新鲜空气预热催化剂,然后预热废气至250度以上方可引入催化仓;系统停车前,先切断废气,继续加热催化剂并通入新鲜空气,保温0.5小时,再切断电源。

13.催化剂中毒说明

某些化学物质会使催化剂中毒,例如含磷,硫,铅,汞,砷及卤素等的有机或无机物对催化剂的破坏作用很强,将导致催化剂的永久性失活,无法恢复活性。

14.催化剂积碳的处理

可将催化剂在新鲜空气中,加热至500℃,保持2-4小时,可除去或部分除去积碳。

15.影响催化剂寿命的因素

催化剂的使用请严格遵照催化剂的使用工况说明。影响催化剂寿命的因素有:废气的预处理状况即废气的洁净度,催化仓的温度,卤素和催化剂的毒物,以及催化燃烧设备的操作规程等。

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