催化燃燒原理

 

催化燃燒是借助催化劑在低溫下(200～400℃)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的完全氧化，因 此，能耗少，操作簡(jiǎn)便，安全，凈化效率高，在有機(jī)廢氣特別是回收價(jià)值不大的有機(jī)廢氣凈化方面，比如化工，噴漆、絕緣材料、漆包線(xiàn)、涂料生產(chǎn)等行業(yè)應(yīng)用較廣，已有不少定型設(shè)備可供選用。

 

一、催化原理及裝置組成

 

[if !supportLists](1)   [endif]催化劑定義  催化劑是一種能提高化學(xué)反應(yīng)速率，控制反應(yīng)方向，在反應(yīng)前后本身的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變的物質(zhì)。

 

[if !supportLists](2)   [endif](2)催化作用機(jī)理  催化作用的機(jī)理是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，這里僅做簡(jiǎn)介。在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，催化劑的加入并不能改變?cè)械幕瘜W(xué)平衡，所改變的僅是化學(xué)反應(yīng)的速度，而在反應(yīng)前后，催化劑本身的性質(zhì)并不發(fā)生變化。那么，催化劑是怎樣加速了反應(yīng)速度呢了既然反應(yīng)前后催化劑不發(fā)生變化，那么催化劑到底參加了反應(yīng)沒(méi)有實(shí)際上，催化劑本身參加了反應(yīng)，正是由于它的參加，使反應(yīng)改變了原有的途徑，使反應(yīng)的活化能降低，從而加速了反應(yīng)速度。例如反應(yīng)A+B→C是通過(guò)中間活性結(jié)合物(AB)過(guò)渡而成的，

 

[if !supportLists](3)   [endif]即：  A+B→[AB]→C

 

 其反應(yīng)速度較慢。當(dāng)加入催化劑K后，反應(yīng)從一條很容易進(jìn)行的途徑實(shí)現(xiàn)：  A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K

 

 中間不再需要[AB]向C的過(guò)渡，從而加快了反應(yīng)速度，而催化劑并未改變性質(zhì)。   
  (4)催化燃燒的工藝組成  不同的排放場(chǎng)合和不同的廢氣，有不同的工藝流程。但不論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成。

 

 ①?gòu)U氣預(yù)處理  為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒，廢氣在進(jìn)入床層之前必須進(jìn)行預(yù)處理，以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。

 

 ②預(yù)熱裝置  預(yù)熱裝置包括廢氣預(yù)熱裝置和催化劑燃燒器預(yù)熱裝置。因?yàn)榇呋瘎┒加幸粋€(gè)催化活性溫度，對(duì)催化燃燒來(lái)說(shuō)稱(chēng)催化劑起燃溫度，必須使廢氣和床層的溫度達(dá)到起燃溫度才能進(jìn)行催化燃燒，因此，必須設(shè)置預(yù)熱裝置。但對(duì)于排出的廢氣本身溫度就較高的場(chǎng)合，如漆包線(xiàn)、絕緣材料、烤漆等烘干排氣，溫度可達(dá)300℃以上，則不必設(shè)置預(yù)熱裝置。   

 

預(yù)熱裝置加熱后的熱氣可采用換熱器和床層內(nèi)布管的方式。預(yù)熱器的熱源可采用煙道氣或電加熱，目前采用電加熱較多。當(dāng)催化反應(yīng)開(kāi)始后，可盡量以回收的反應(yīng)熱來(lái)預(yù)熱廢氣。在反應(yīng)熱較大的場(chǎng)合，還應(yīng)設(shè)置廢熱回收裝置，以節(jié)約能源。

 

預(yù)熱廢氣的熱源溫度一般都超過(guò)催化劑的活性溫度。為保護(hù)催化劑，加熱裝置應(yīng)與催化燃燒裝置保持一定距離，這樣還能使廢氣溫度分布均勻。

 

從需要預(yù)熱這一點(diǎn)出發(fā)，催化燃燒法適用于連續(xù)排氣的凈化，若間歇排氣，不僅每次預(yù)熱需要耗能，反應(yīng)熱也無(wú)法回收利用，會(huì)造成很大的能源浪費(fèi)，在設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。

 

催化燃燒裝置  一般采用固定床催化反應(yīng)器。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)按規(guī)范進(jìn)行，應(yīng)便于操作，維修方便，便于裝卸催化劑。

 

在進(jìn)行催化燃燒的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況，對(duì)于處理氣量較大的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)成分建式流程，即預(yù)熱器、反應(yīng)器獨(dú)立裝設(shè)，其間用管道連接。對(duì)于處理氣量小的場(chǎng)合，可采用催化焚燒爐，把預(yù)熱與反應(yīng)組合在一起，但要注意預(yù)熱段與反應(yīng)段間的距離。

 

在有機(jī)物廢氣的催化燃燒中，所要處理的有機(jī)物廢氣在高溫下與空氣混合易引起爆炸，安全問(wèn)題十分重要。因而，一方面必須控制有機(jī)物與空氣的混合比，使之在爆炸下限；另一方面，催化燃燒系統(tǒng)應(yīng)設(shè)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置和有防爆措施。