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VOCs废气治理催化燃烧技术介绍

文章出处:未知 人气:发表时间:2019-11-01
       催化燃烧技术作为VOCs废气治理主要工艺之一,由于其投资成本相对较低、不生成NOx二次污染、无火焰燃烧,安全性好、反应温度低,辅组能耗少等优点,近年来得到广泛的应用,尤其是在喷涂,包装印刷、绝缘材料等行业。大辰小编经多年废气治理的经验,在这里给大家分享一下就催化剂燃烧技术的原理、催化剂、工艺流程及主要优缺点做简单介绍:
 
①催化燃烧原理:

       催化燃烧,又叫催化氧化(Catalytic Oxidizer),通过使用催化剂降低反应活化能,使VOCs在较低的温度下(250~400℃)在催化剂表面进行无焰燃烧,废气中的VOCs氧化分解为O2和H2O,并放出大量的热量。由于氧化反应温度低,所以极大地抑制了空气中的N2氧化生成NOx。 
       不同种类的VOCs的转化率取决于催化剂的种类,空速(停留时间)以及催化燃烧的温度。因此应用时候需要根据实际的VOCs种类和浓度进行详细设计,一般情况下催化剂温度都要略高于实验温度,以确保VOCs去除率。
 
②催化燃烧催化剂
催化燃烧工艺的关键是催化剂,其性能的优劣对废气净化效率和能耗有着决定性的影响。催化燃烧催化剂通常是以铂、钯为活性组分的贵金属催化剂。催化剂的制备是先将活性金属分散在分子筛上,然后再通过喷涂或浸渍将分子筛浆液负载在蜂窝陶瓷基体上。由于贵金属催化昂贵且易中毒失活,因此要求废气中不能含有Cl、S、Si、P等元素和颗粒物质,否则催化剂会快速失活。即使催化剂得到很好的维护,也需要定期进行更换以维持进化效率。此外,不完全燃烧也是催化燃烧面临的一个重大难题,尤其是含氯的有机化合物,催化燃烧过程中会产生二噁英,从而比初始VOCs具有更大的危害。
 
③催化燃烧工艺流程
根据废气燃烧的热量平衡,催化燃烧工艺流程可分为3种。(1)预热式。有机废气温度和浓度都较低,热量不能自给,因此在进入反应器前需要在预热室加热升温。燃烧净化后气体在热交换器内与未处理废气进行热交换,以回收部分热量。该工艺通常采用天然气或电加热升温至催化反应所需的起燃温度。(2)自身热平衡式。当有机废气排出时温度高于起燃温度(350℃左右)且有机物含量较高时,热交换器回收部分净化气体所产生的热量,在正常操作下能够维持热平衡,无需补充热量,通常只需要在催化燃烧反应器中设置电加热器供起燃时使用。(3)吸附浓缩+催化燃烧。当有机废气的流量大、浓度低、温度低,采用催化燃烧需耗大量燃料时,可先采用吸附手段将有机废气吸附于吸附剂上进行浓缩,然后通过热空气吹扫,使有机废气脱附浓缩成为高浓度有机废气(可浓缩10倍以上),再进行催化燃烧。此时,不需要补充热源,就可维持正常运行。对于有机废气催化燃烧工艺的选择主要取决于:
(1) 燃烧过程的放热量,即废气中可燃物的种类和浓度;
(2) 起燃温度,即有机组分的性质及催化剂活性;
(3) 热回收率等。
 
 
当回收热量超过预热所需热量时,可实现自身热平衡运转,无需外界补充热源,这是最经济的催化燃烧的应用。
 
 
④催化燃烧的优缺点
催化燃烧工艺主要的优点:
(1) 与直接燃烧相比,起燃温度低,启动能耗和运行能耗低。当废气中VOCs超过一定浓度时,催化燃烧达到起燃温度后便无需外界供热。
(2) 适用范围广。催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体。对于有机化工、印刷、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多成分、无回收价值的废气,采用吸附浓缩—催化燃烧的组合技术是较为理想的选择。
(3) 处理效率高,无二次污染。用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上,终产物为无害的CO2和H2O (杂原子有机化合物还有其他燃烧产物),且由于燃烧温度低,能大量减少NOx的生成,因此不会造成二次污染。
 
催化燃烧工艺存在的主要的问题:
(1) 催化剂成本昂贵。催化剂本身价格高昂,且容易中毒、失活。催化在使用过程中容易受Cl、S、Si、P等元素污染中毒,并且高温也会引起催化剂快速失活。即使正常使用催化剂也会逐渐失活,需要定期(2~3年)进行更换。(2) 使用过程中要求废气浓度和风量量相对较为稳定,虽然启动能耗较直接燃烧大幅降低,但是冷启动能耗仍然较高。废气浓度较低时需要补充能量维持氧化温度,浓度较高时则需要稀释以避免催化剂温度过高导致快速失活。(3) 催化剂已被高温失活
 
 
 
⑤催化燃烧技术的发展方向
催化燃烧技术不仅在VOCs处理方面有着广泛的应用,还涉及化工、化学催化反应和自动检测控制等领域,在我国的发展仍然存在诸多不足。今后的发展方向为:
(1) 提高催化剂性能。研制具有高抗毒能力、大空速、高比表面积及低起燃点的非贵金属催化剂,以降低造价和使用费用;
(2) 催化燃烧装置的设计在大型化、整体化和节能化方向发展。
(3) 废气预处理技术:开发新型保护剂脱除废气中的Cl、S、Si、P等元素,保护主催化剂不受污染。
 

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