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VOCs废气治理催化燃烧设备效果如何?

文章出处:未知 人气:发表时间:2019-10-11

随着我国工业经济的快速发展,为社会带来了巨大经济利益的同时,也产生了大量有毒有害污染物。目前大气污染中除了二氧化硫、氮氧化物、颗粒物外,大量VOC废气的产生及排放,不但污染了环境,也给人们的生活和身体带来了严重的伤害,VOC治理问题迫在眉睫。目前,我国各行业产生有机废气的企业80%的没有废气处理设备,VOCs废气治理现状还在探索阶段,需要不断发展和进步,利用更先进和科学的治理方法更加彻底的治理VOC废气。

VOC是挥发性有机废气,其可通过多种途径产生并污染空气。当前国内对于VOC废气的治理也取得了一定的效果,但却无法彻底将其除去,仍需深度研究,改进并完善VOC废气的治理技术,争取从根本上将其铲除,创造一个绿色健康的环境氛围。在这里广东大辰小编在这里给大家分享工业废气处理催化燃烧设备效果如何?

 

催化燃烧是用催化剂使废气中可燃物质在较低温度下氧化分解的净化方法。所以,催化燃烧又称为催化化学转化。由于催化剂加速了氧化分解的历程,大多数碳氢化合物在300~450℃的温度时,通过催化剂就可以氧化完全。

 

 

与热力燃烧法相比,催化燃烧所需的辅助燃料少,能量消耗低,设备设施的体积小。




 

催化燃烧是典型的气固相催化反应,它借助催化剂降低了反应的活化能,使其在较低的起燃温度200 300℃下进行无焰燃烧,有机物质氧化发生在固体催化剂表面,同时产生CO2H2O,并放出大量的热量,因其氧化反应温度低,所以大大地抑制了空气中的N2形成高温NOx。而且由于催化剂有选择性催化作用,有可能限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化过程,使其多数形成分子氮(N2)

 

催化燃烧原理
本装置是根据吸附(效率高)和催化燃烧(节能)两个基本原理设计的,即吸附浓缩-催化燃烧法。含有机物的废气经风机的作用,经活性炭吸附层,有机物质被活性炭特有的作用力吸附在其内部,洁净气体被排出;经一段时间后,活性炭达到饱和状态时,停止吸附,此时有机物已经被浓缩在活性炭内。吸附有机物废气的活性炭床,可用催化燃烧处理废气产生的热量进行脱附再生,脱附后的气体再送催化燃烧室净化,不需要外加能量,运行费用低,节能效果显著。设备组成性炭,其阻力极低,所以使用过程中的能耗仅为排风机功率,不会给用户增加费用。
设备主要由干式过滤、活性炭吸附床、催化燃烧脱附床、配套风机、电器控制等组成。
 

 
1.干式过滤:
       为了防止废气带入少量的水气和少量的粉尘进入到吸附净化装置系统,从而使活性炭受潮和堵塞导致吸附效果降低。经干式除尘工艺,以确保吸附处理系统的气源洁净度为96%。干式过滤器一般采用无纺布材质的过滤棉,以降低活性炭更换周期,减少运行费用。

2.活性炭吸附床:
       采用活性炭吸附材料-蜂窝状活性炭,其与粒(棒)状相比具有优势的热力学性能,低阻低耗,高吸附率等,极适用于大风量下使用拥有优良的吸附性能,其结构为多孔蜂窝状,具有孔隙结构发达,比表面积大,流体阻力小等优点,该产品特别适用于大风量,低浓度工厂有机废气净化治理,如工厂的甲醛、苯、甲苯等。

催化燃烧设备内装活性炭层及气流分布器,以浓缩净化有机气体,是整个装置第一个主循环的主要部件及核心工序,活性炭由堆放式装填,更换极其方便。
活性炭吸附箱的单床设计风量为:20000m3/h,设定一个吸附床吸附,吸附苯、二甲苯等有毒有害废气治理。催化净化装置内设加热室,启动加热装置,进入内部循环,当热气源达到有机物的沸点时,有机物从活性炭内挥发出来,进入催化室进行催化分解成水和二氧化碳,同时释放出能量。利用释放出的能量再进入吸附床脱附时,此时加热装置完全停止工作,有机废气在催化燃烧室内维持自燃,尾气再生,循环进行,直到有机物完全从活性炭内部分离,至催化室分解。活性炭得到了再生,有机物得到分解处理。


催化燃烧设备燃烧过程:
       在化学反应过程中,利用催化剂降低燃烧温度,加速有毒有害气体完全氧化的方法,叫做催化燃烧法。催化燃烧过程是在催化燃烧装置中进行的。有机废气先通过热交换器预热到200~400℃,再进入燃烧室,通过催化剂床时,氧和有机气体被吸附在多孔材料表层的催化剂上,增加了氧和有机气体接触碰撞的机会,提高了活性,使有机气体与氧产生剧烈的化学反应而生成CO2和H2O,同时产生热量,从而使得有机气体变成无毒无害气体。将浓缩的有机废气引入主要设备,有机废气经内装加热装置从活性炭层中将有机物分离后,通过催化剂的作用分解成水和二氧化碳,同时释放能量,由热交换装置置换能量,用于维护设备自燃的能源。

       催化燃烧装置主要由热交换器、燃烧室、催化反应器、热回收系统和净化烟气的排放烟囱等部分组成,如右图所示。其净化原理是:未净化气体在进入燃烧室以前,先经过热交换器被预热后送至燃烧室,在燃烧室内达到所要求的反应温度,氧化反应在催化反应器中进行,净化后烟气经热交换器释放出部分热量,再由烟囱排入大气。


催化燃烧设备假设净化装置处理风量为2000m3/h,装机功率60kw,电加热工作时间约半小时,当催化床温度达到250~300℃时,催化燃烧床开始反应,利用废气反应产生的热空气循环使用,此时电加热停止,不需要外加热,单床脱附,脱附时间为3~4小时,设定时间活性炭吸附箱定时自动切换脱附,内部装填的陶瓷蜂窝体贵金属催化剂使用寿命为10000小时。整个脱附系统采用多点温度控制,保证脱附效果的稳定。

催化剂采用堇青石蜂窝陶瓷体作为第一载体,γ-Al2O3为第二载体,以贵金属Pd、Pt等为主要活性组分,贵金属铂和钯,具有高活性、高净化效率、耐高温及长使用寿命。
炉体一般用钢结构的外壳内衬耐火材料,或用双层夹墙结构,使通过催化剂表面的气流和温度分布均匀,并保证火焰不直接接触催化剂表面,燃烧室必需具有足够的长度和空间,具有良好的保温效果,气流和温度均匀分布,催化剂反应器设计成装卸方便的模屉结构,便于清洗和更换催化剂载体。


催化燃烧设备催化剂:
       催化燃烧对催化剂的基本要求是:既能抑制烧结、保持活性物质具有较大的比表面积及良好的热稳定性,又要具有一定的活性,可起到催化剂活性组分或助催化剂的作用。这在某种程度上是互相矛盾的,因为研究已经证明氧化物的活性和热稳定性成反比。同时,需有高的机械强度以及对燃料中所含毒素有高的耐腐蚀性。

催化燃烧反应的关键是选择合适的催化剂。对催化剂的要求是:
1、活性高。催化剂的活性好坏直接影响催化燃烧的化学转化率。而转化率不仅与催化活性材料自身的活性有关,而且与催化载体的物理形状有着直接关系。所以,在选择适应的催化活性材料的同时,还必须考虑催化载体的物理形状,保证催化剂有较高的活性,达到催化燃烧净化的目的。活性高,特别要低温活性好,以便在尽可能低的温度下开始反应。
2、热稳定性好。燃烧反应是放热反应,释放出大量的热可使催化剂的表面达到 500~1000℃的高温,而催化剂容易因熔融而降低活性,所以要求催化剂能耐高温。由于废气的温度随时变化,如果催化剂不能适应一定范围内的温度变化,催化剂的性能就会下降,净化效率就会降低。因此,催化剂必须具备适应一定范围内的温度变化。
3、强度高。在催化燃烧过程中,催化剂往往会因高温、振动和气流等因素的作用,使催化剂产生破裂和磨损,破裂和磨损会造成催化剂的活性降低,增加催化剂床层的压降,影响净化效果。
4、寿命长。催化活性材料大都比较昂贵,所以,设计时选用催化剂时应尽量使用寿命较长的催化剂。


催化燃烧设备作催化燃烧用的催化剂可分为:
1金属类:铂、钯、钌等。贵金属催化剂有很高的氧化活性和易回收等优点,虽然存在着资源稀少、价格昂贵和耐中毒性差等缺点,但仍然是世界各国采用的主要催化剂。
2非贵金属类:主要是过渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物。单组分的氧化物,如氧化铜(CuO)和氧化镍(NiO)等。单组分氧化物耐热性差,活性低,致使应用受到限制。后改用两种以上的金属氧化物的混合物,如二氧化锰-氧化铜 (3:2)的复合物,三氧化二铁-三氧化二铬复合物,氧化铜-三氧化二铬复合物,钴、锰的尖晶石型复合物,铜、锰、镍、锌的铬酸盐等。复合氧化物虽可改善某些催化性能,但氧化活性仍不及贵金属。此外,还有金属硫化物如钍、镍、钼、钴的硫化物。这类催化剂一般只适用于含硫的碳氢化合物的催化燃烧,使用温度限于300~400℃,高温时易分解。

催化剂的活性物质一般都涂在载体上,所以它的形状也依载体而异。载体有γ-Al2O3制成的球体、圆柱体和各种异形体,有用表面覆盖活性氧化铝薄膜的多孔陶瓷蜂窝体,也有用耐热合金丝制成的膨体球和金属波纹板等。载体可减少催化剂的用量,起支撑作用。它应具有比表面积大、耐高温、机械强度大和流体阻力小等特性。


催化燃烧设备反应程度
不同的碳氢化合物通过催化剂时反应的难易程度也不相同。难度大小一般按下列顺序排列:侧链>直链;炔烃>烯烃>烷烃;Cn>…>C3>C2>C1;脂肪族>脂环族>芳香族。
相同的碳氢化合物通过不同的催化剂时反应的难易程度也有差别。难度大小一般按下列顺序排列:

甲烷:
Pd>Pt>Co3O4>PdO>Cr2O3>Mn2O3>CuO>CeO2>Fe2O3>V2O5>NiO>MoO3>TiO2
乙烯:
Pd>Pt>Co3O4>Cr2O3>Ag2O>Mn2O3>CuO>NiO>V2O5>CdO>Fe2O3>MoO3>WO>TiO>ZnO
丙烷:Pt>Pd>Ag2O>Co3O4>CuO>MnO2>Cr2O3>CdO>V2O5>Fe2O3>NiO>>CeO2>Al2O3>ThO2
异戊二烯:
Pd>Pt>>MnO2>Co3O4>Cr2O3>CeO2>NiO>Fe2O3

处理不同的工业有机废气应当根据上述排列顺序选择适当的催化剂。
催化燃烧设备催化燃烧应用:
催化燃烧适用于含有可燃气体、蒸气等有毒有害气体的净化,但对于含有大量尘粒、雾滴等有毒有害气体,容易引起催化床层的堵塞,使催化活性下降,从而降低净化效率。催化燃烧净化方法,几乎适用于所有排放烃类或有臭味化合物的工业生产过程。

       石油化工、油漆、电镀、印刷、涂料、轮胎制造等工业的生产过程中都涉及到有机挥发化合物的使用和排放。有害的有机挥发物通常是烃类化合物、含氧有机化合物、含氯、硫、磷及卤素有机化合物,这些挥发性有机物如不经处理直接排入大气会造成严重的环境污染。传统的有机废气净化处理方法(如吸附法、冷凝法、直接燃烧法等)均存在缺陷,如易造成二次污染等。
为了克服传统有机废气处理方法的缺陷,人们采用催化燃烧方法来对有机废气进行净化处理。



 
       催化燃烧设备是目前一种常见的有机废气治理技术,它主要是利用有机物质在不同温度下饱和度不同,通过降低或提高系统压力,把处于蒸汽环境中的有机物通过冷凝方式提取出来,冷凝提取后,有机废气可得到较高净化,废气中的VOC有机物被回收利用,而将有害物质处理掉。这种处理方式虽然简单易操作,但是面对冶炼行业或者其它炮竹等高危物体排放出的废气,所含的VOC并不是很高,一般的冷凝技术难以将之分离出。必须投入更大的成本和其它先进的冷凝物质帮助其回收。因此,这种处理技术具有一定的局限性,不适合浓度低、大面积的VOC废气处理催化燃烧法,由于催化剂的作用,使得这种燃烧处理技术对温度的依赖性不高,可以减少成本费用,得到了人们的青睐,应用较为广泛。

 
 
 

 
 

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