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隨著當(dāng)前國內(nèi)環(huán)保政策的全力持續(xù)推進(jìn),很多企業(yè)對催化燃燒這一概念都不再陌生,特別是在工業(yè)VOCs廢氣治理領(lǐng)域,催化燃燒工藝更是得到了大力推廣和應(yīng)用。顧名思義,催化燃燒就是指用催化劑使廢氣中可燃物質(zhì)在較低溫度下氧化分解的凈化方法,而說到催化燃燒,就不能不提及VOCs催化劑。
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(dāng)加熱到300~450℃的有機(jī)氣體通過催化層時,氧和有機(jī)氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上,增加了氧和有機(jī)氣體接觸碰撞的機(jī)會,提高了活性,使有機(jī)氣體與氧產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而生成CO2和H2O,同時產(chǎn)生熱量,從而使得有機(jī)氣體變成無毒無害氣體。
與熱力燃燒法相比,催化燃燒所需的輔助燃料少,能量消耗低,設(shè)備設(shè)施的體積小。但是,由于使用的催化劑的中毒、催化床層的更換和清潔費用高等問題,影響了這種方法在工業(yè)生產(chǎn)過程中的推廣和應(yīng)用。
因此, 相對而言,催化燃燒更適用于那些含有可燃?xì)怏w、蒸氣等有毒有害氣體的凈化,特別是幾乎適用于所有排放烴類或有臭味化合物的工業(yè)生產(chǎn)過程。但如果用于含有大量塵粒、霧滴等有毒有害氣體的凈化,則容易引起催化床層的堵塞,導(dǎo)致催化活性下降,進(jìn)而降低了凈化效率。
在通常情況下,導(dǎo)致催化劑中毒的毒物(抑制劑)主要有磷、鉛、秘、砷、錫、汞、亞鐵離子、鋅、鹵素等,為了防止催化劑中毒,我們可在廢氣進(jìn)入反應(yīng)器前加設(shè)廢氣預(yù)處理裝置,從而提前清除廢氣中的粉塵和毒物,并定期進(jìn)行再生和清洗等。
催化劑通常是由催化活性材料和催化載體構(gòu)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。
其中,金屬載體一般是以鎳或鎳鉻合金為載體做成帶、片、丸、絲等形狀,通過 “電鍍”或 “化學(xué)鍍”(即溶液浸漬)將鉑、鈀鍍在這些載體上,制成便于裝配、拆卸的模屜;以陶瓷為載體的催化劑,則一般是以硅鋁氧化物為載體,其結(jié)構(gòu)有片粒狀和蜂窩狀兩種,該載體是在陶瓷結(jié)構(gòu)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(tài)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;另有炭纖維載體可制作成線狀、氈狀、網(wǎng)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。
催化劑除了貴金屬和金屬材質(zhì)的以外,還有稀土金屬催化劑。稀土金屬系列目前我國還不夠成熟。選用單位比較少。但是它的價格遠(yuǎn)低于貴金屬,前景廣闊。我國又是稀土金屬礦源十分豐富的我國。稀土金屬的催化作用能有效提高,這也標(biāo)志著我國催化燃燒技術(shù)性的飛躍。
催化劑的載體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,可分為金屬載體、陶瓷載體和炭纖維載體。目前多數(shù)采用氧化鋁陶瓷,一般可分為丸狀、帶狀和蜂窩狀。在實踐應(yīng)用中應(yīng)該選用蜂窩狀,這是因為蜂窩狀的比表面積大、空速大、用量少(僅為丸狀的1/2),壓力損失少,而反應(yīng)器的斷面積僅是丸狀的1/4。
催化劑是催化燃燒法的核心,那么在工業(yè)VOCs廢氣治理的過程,我們該如何進(jìn)行選擇呢?到底哪種類型的催化劑更適合自己廠區(qū)的工況條件呢?下面我們就來看看催化劑的各項性能,用戶可結(jié)合自己的實際工況進(jìn)行選擇,從而實現(xiàn)較佳治理效果。
總體來說,一種好的催化劑必須具備催化活性高、熱穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、壽命長等特性。
首先,活性高是指催化劑的活性好壞直接影響著催化燃燒的化學(xué)轉(zhuǎn)化率。而轉(zhuǎn)化率不僅與催化活性材料自身的活性有關(guān),而且與催化載體的物理形狀有著直接關(guān)系。所以,在選擇適應(yīng)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(dá)到催化燃燒凈化的目的。
這里就會涉及到催化劑的一個重要指標(biāo)——空速??账倬褪窃趩挝粫r間內(nèi)所處理較大的處理量。從形狀上看,蜂窩狀比丸狀的空速來得大。空速選擇不正確馬上影響凈化率。因此,選擇蜂窩狀才比較理想。
其次,熱穩(wěn)定性好是指由于廢氣的溫度隨時變化,如果催化劑不能適應(yīng)一定范圍內(nèi)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(yīng)一定范圍內(nèi)的溫度變化。
而在選擇催化溫度時,首先取決于有機(jī)溶劑的成份,這樣才能正確保證凈化率和活性的持久性。在催化劑中鉑比鈀貴,因此,實際選用鈀作催化劑比較多。適當(dāng)提高催化溫度。實際證明,催化溫度保證在300℃以上時,大部分有機(jī)溶劑就可以氧化。個別有機(jī)溶劑必須在350℃以上才能氧化。因此,在選擇催化溫度前,必須了解有機(jī)廢氣中有機(jī)成份,不能一概而論。如果隨意選擇溫度,那很容易造成不氧化,使有機(jī)溶劑的微粒子吸附催化劑載體的表面,久而久之,催化劑的活性就下降。直接影響凈化率的轉(zhuǎn)化。這種現(xiàn)象就是大家所經(jīng)常碰到的催化燃燒開始時凈化率高,而過了一段時間后效果不明顯。其實,真正能掌握催化燃燒技術(shù)的工作者和企業(yè),可以避免這種現(xiàn)象。
再次,強(qiáng)度高是指在催化燃燒過程中,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(chǎn)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。
較后,壽命長是指催化活性材料大都比較昂貴,因此,設(shè)計時選用催化劑時應(yīng)盡量使用壽命較長的催化劑。
綜上所述,因催化燃燒技術(shù)具有燃點低、能耗低的特點,可大大增加低濃度有機(jī)廢氣的處理效率,在催化反應(yīng)、化工領(lǐng)域、自動檢測和環(huán)境工程控制等領(lǐng)域均具有重要應(yīng)用。但由于催化劑容易中毒以及壽命等因素使其在有機(jī)廢氣處理的應(yīng)用中具有一定局限性。
為此,河北漢藍(lán)環(huán)境科技依據(jù)多年實踐經(jīng)驗,并結(jié)合用戶實際工況自主研發(fā)了新型催化燃燒催化劑,該催化劑具有比表面積大、空速和抗毒能力強(qiáng)的非貴金屬催化劑,促進(jìn)催化燃燒技術(shù)在廢氣治理過程發(fā)揮較佳效用,同時使催化燃燒裝置向整體型和節(jié)能型發(fā)展,從而降低投資和使用成本,為企業(yè)達(dá)成環(huán)保目標(biāo)創(chuàng)造更多的有利條件。
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