產(chǎn)品詳情
催化燃燒裝置的技術簡介
催化燃燒技術是指在較低溫度下，在催化劑的作用下使廢氣中的可燃組分徹底氧化分解，從而使氣體得到凈化處理的一種廢氣處理方法。催化燃燒廢氣處理是典型的氣-固相催化反應,其實質(zhì)是活性氧參與深度氧化作用。在催化燃燒過程中,催化劑的作用是降低反應的活化能,同時使反應物分子富集于催化劑表面,以提高反應速率。借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下發(fā)生無焰燃燒,并氧化分解為CO2 和H2O,同時放出大量熱量。
根據(jù)有機廢氣的預熱方式及富集方式,催化燃燒工藝流程可分為3種：
1、預熱式。
預熱式是催化燃燒的最基本的流程形式，其基本原理見圖1。有機廢氣溫度在100℃以下、濃度也較低時，熱量不能自給，因此在進入反應器前需要在預熱室加熱升溫。通常采用煤氣或電加熱將廢氣升溫至催化反應所需的起燃溫度；燃燒凈化后的氣體在熱交換器內(nèi)與未處理的廢氣進行熱交換，以回收部分熱量。
2、自身熱平衡式。
有機廢氣溫度高且有機物含量較高，通常只需要在催化燃燒反應器中設置電加熱器供起燃時使用，通過熱交換器回收部分凈化氣體所產(chǎn)生的熱量，正常操作下就能夠維持熱平衡，不需要補充熱量，其流程見圖2.
3、吸附-催化燃燒。
當有機廢氣的流量大、濃度低、溫度低、采用催化燃燒需消耗大量的燃料時，可先采用吸附手段將有機廢氣吸附于吸附劑上并進行濃縮，然后通過熱空氣吹掃，使有機廢氣脫附成為高濃度有機廢氣（可濃縮10倍以上）后再進行催化燃燒。不需要補充熱源就可以維持正常運行，其工藝流程見圖3。
活中常見的排放源有建筑材料、裝修材料、家具的黏合劑、廚房油煙以及機動車尾氣排放等;工業(yè)方面常見的主要來源有化工和石化工業(yè)廢氣,電子行業(yè)的清洗劑、印刷工業(yè)、油漆與涂料的生產(chǎn)與使用,電廠鍋爐尾氣等工業(yè)過程排放的廢氣.大多數(shù)的VOCs有毒、有氣味,一些VOCs還有致癌性,對人體健康產(chǎn)生極大的危害;VOCs在陽光作用下還可以與大氣中的氮氧化合物發(fā)生光化學反應,生成毒性更大的光化學煙霧[1].近年來VOCs已成為我國主要大氣污染物之一,有關VOCs的危害事故逐年增多,因而VOCs的凈化處理技術已成為環(huán)境催化領域的一個研究熱點.
通常VOCs處理方法可分為兩大類:一類是所謂非破壞性技術即回收法,一般通過改變一定工藝過程中溫度、壓力等物理條件使VOCs富集分離,此類方法包括活性炭吸附法、溶液吸收法、冷凝法及膜分離等常見技術;一類是所謂破壞性技術,即通過化學或生物的技術使VOCs轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水以及氯化氫等無毒或毒性小的無機物,此類方法包括直接燃燒、催化燃燒、生物降解、等離子體氧化、光催化氧化法等常見技術.各種方法都因VOCs種類、濃度、排放方式等有各自的工藝特點,其處理VOCs的工藝條件和要求也具有不同應用范圍和優(yōu)缺點.譬如,冷凝工藝適用于高濃度、小風量的VOCs廢氣治理,對低濃度、大風量的VOCs廢氣處理存在投資大、運行成本高、收益小的缺點[2];生物法對于VOCs 濃度和種類限制較多,大多研究仍屬于實驗室規(guī)模的實驗研究,尚未應用于大規(guī)模的實際工程[3];吸附法對于低濃度的VOCs廢氣具有很好的處理效果,但可能導致將污染從氣相轉(zhuǎn)移到固相引起二次污染問題[4];直接燃燒法適合處理高濃度VOCs的廢氣,因其運行溫度通常達到800-1200℃時,工藝能耗成本較高,且燃燒尾氣中容易出現(xiàn)二惡英(dioxin)、NO x 等副產(chǎn)物;催化燃燒可以在遠低于直接燃燒溫度條件下處理低濃度的VOCs氣體,具有凈化效率高、無二次污染、能耗低的特點,是商業(yè)上處理VOCs應用最有效的處理方法之一[5].因而,國內(nèi)外研究者對催化燃燒催化劑進行了大量相關研究,相關問題是近年來環(huán)境催化領域的一個熱點問題.20多年前Spivey[6]曾撰寫了有關催化燃燒研究方面的非常好的評述,近來也有一些篇幅較短的英文評述[1,7],但很少見到較深入的中文評述.本文將結合作者實驗室的研究成果,著重于對近五年來國內(nèi)外催化燃燒的主要成果進行分析,并對催化劑活性組分、顆粒大小、載體的效應、水蒸汽的影響以及催化燃燒反應過程中積碳等主要問題的最新進展進行綜述.
1催化燃燒催化劑活性組分
通常工業(yè)上的催化劑都是由活性成分、助劑和載體等組成,其中活性組分及其分布、顆粒大小、催化劑載體對催化效果和壽命有很大的影響.用于催化燃燒VOCs的催化劑的活性成分可分為貴金屬、非貴金屬氧化物,貴金屬是低溫催化燃燒最常用的催化劑,其優(yōu)點是具有較高的活性、良好的抗硫性,缺點是活性組分容易揮發(fā)和燒結,容易引起氯中毒、價格昂貴,資源短缺;非貴金屬氧化物催化劑主要有鈣鈦礦型、尖晶石型以及復合氧化物催化劑等,價格相對較低,也表現(xiàn)出很好的催化性能,譬如,鈣鈦礦型催化劑高溫熱穩(wěn)定性較好,尖晶石型催化劑具有優(yōu)良的低溫活性,但其不足之處在于催化活性相對較低,起燃溫度較高.
下面將分別討論催化燃燒催化劑活性組分、催化劑載體、水蒸汽的影響以及催化劑的積碳等主要問題的最新研究成果.
1.1貴金屬催化劑
催化燃燒中常見的貴金屬催化劑是負載型的Pd、Pt催化劑,如Pd/Al2O3[8]、Pd/ZrO2[9]、Pt/Al2O3[10]等.表1給出了一些代表性的負載型貴金屬催化劑的最新研究結果
黎維彬等:催化燃燒去除VOCs 污染物的最新進展
在MCM -4上制備出Pt/PMCM -41(50)催化劑,該催化劑對三氯乙烯的催化燃燒表現(xiàn)出很好的催化活
性,三氯乙烯的起燃溫度T 50%和T 90%分別為400℃和475℃.對于負載型貴金屬催化劑,避免載體本身的燒結,獲得高溫熱穩(wěn)定載體,也是催化燃燒領域中一個重要的問題.
另一類研究在于催化劑助劑以及催化劑的還原預處理.Avgouropoulos 等[16]在Pt/Al 2O 3催化劑中加入少量堿性物質(zhì)(K 、Na),發(fā)現(xiàn)可以中和酸活性位,降低催化反應中副產(chǎn)物乙醚和乙烯的生成,加入鉀元素(n (K)/n (Al)=0.1的催化劑)可以使Pt/Al 2O 3的乙醇完全轉(zhuǎn)化溫度由280℃降為220℃.Okal 等[17]報導了Ru/γ-Al 2O 3催化劑對丁烷的催化燃燒活性.結果表明,預處理中焙燒還原或氫氣直接還原對于Ru 分布和催化劑活性具有很大影響;氯的存在會降低金屬的分散度和丁烷的轉(zhuǎn)化活性,除氯后的4.6%Ru/γ-Al 2O 3具有最佳的催化燃燒活性.
另外,雙組分貴金屬催化劑的研究報道也引起了極大關注.Hyoung 等[18]報道了向Pd/γ-Al 2O 3催化劑體系中添加不同量的Pt 對苯的催化燃燒活性和催化劑穩(wěn)定性的影響.X 射線衍射(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)測試表明,雙金屬形成的細小均一的顆粒以及顆粒的高度分散性可以增加催化劑的活性和穩(wěn)定性,0.3%Pt -2%Pd/γ-Al 2O 3是活性和穩(wěn)定性最好的催化劑.Kim 等[19]制備了Pt -Au/ZnO/Al 2O 3催化劑,通過X 射線衍射(XRD)、程序升溫還原(TPR)、X 射線能譜儀(EDS)等研究發(fā)現(xiàn),隨著催化劑中Au 含量的增加,Pt -Au 雙金屬粒徑不斷增加;ZnO/Al 2O 3載體上Au 粒子大小主要分布在28-67nm 范圍,Pt 粒子主要分布在1.7-2.8nm 范圍;Pt -Au/ZnO/Al 2O 3催化劑對甲苯的催化活性高于單獨Pt 或Au 負載的活性,不同配比制備的催化劑活性也不相同.
1.2過渡金屬氧化物催化劑
近年來,探索用過渡金屬氧化物材料催化燃燒VOCs 的研究一直是環(huán)境催化領域的研究熱點,其中Cu 、Mn 、Cr 、V 、Ce 、Zr 等金屬氧化物對VOC 的催化燃燒都具有很好的活性,一些催化劑的活性甚至超過了貴金屬催化劑.譬如,對于氯代VOCs,Cr 負載于Al 2O 3、TiO 2、分子篩等載體上的催化劑具有很高的催化燃燒的活性.Yim 等[20]曾報道了氧化鉻負載在氧化鋁或者氧化鈦上對PCDDs(多氯二苯并二惡英)/PCDFs(多氯二苯并呋喃)具有非常好的催化燃燒活性.Chintawar 等[21]報道了Cr 交換的ZSM -5對三氯乙烯(TCE)的吸附和氧化活性,在溫度≥300℃時可獲得>95%的TCE 轉(zhuǎn)化率.然而,Cr 催化劑的活性均隨反應的進行而逐步失活[22],因為Cr 很容易與Cl 作用形成揮發(fā)性的金屬氯化物或者氯氧化物,如CrO 2Cl 2的沸點僅為117℃,導致反應過程中催化劑的活性物種容易流失,加之Cr 的毒性較大,也嚴重限制了Cr 的實際應用[23].因而,這里重點對非鉻的過渡金屬氧化物進行一些總結與分析.表2給出了一些過渡金屬催化劑用于催化燃燒VOCs 的最新研究成果[24-29].可見,兩組分或多組分的過渡金屬復合氧化物,相對于單一組分過渡金屬氧化物催化材料,具有更高的活性組分分散度,表現(xiàn)出更高的催化劑活性和更好的穩(wěn)定性.Hu 等[24]報道了Cu x Ce 1-x O y (x =0.06,0.13,0.23)對于丙酮催化燃燒活性,結果表明,催化活性與復合物組成比相關,在Cu/(Cu+Ce)摩爾比值較低時,CuO 和Cu 2+進入CeO 2晶格情況同時發(fā)生,Cu 0.13Ce 0.87O y 催化反應遵循Mars -van Krevelen 機理.袁書華等[25]以Ce 0.5Zr 0.5O 2為載體制備了Fe 、Co 、Cu 、Cr 和Mn 金屬氧化物催化劑,測試各種催化劑對乙酸乙酯催化燃燒能力.結果發(fā)現(xiàn),由于催化劑Mn/Al 2O 3-Ce 0.5Zr 0.5O 2(1∶2,質(zhì)量
VOCs有機廢氣催化燃燒原理
蓄熱燃燒技術又稱高溫空氣燃燒技術，全名稱為：高溫低氧空氣燃燒技術（High Temperature and Low Oxygen Air Combustion-HTLOAC），也作HTAC（High Temperature Air Combustion）技術，也有稱之為無焰燃燒技術(Flameless Combustion)。通常高溫空氣溫度大于1000℃，而氧含量低到什么程度，沒有人去劃定，有些人說應在18%以下，也有說在13%以下的。
蓄熱燃燒技術原理如圖所示：當常溫空氣由換向閥切換進入蓄熱室1后，在經(jīng)過蓄熱室(陶瓷球或蜂窩體等)時被加熱，在極短時間內(nèi)常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度(一般比爐膛溫度低50~100℃)，高溫熱空氣進入爐膛后，抽引周圍爐內(nèi)的氣體形成一股含氧量大大低于21％的稀薄貧氧高溫氣流，同時往稀薄高溫空氣附近注入燃料(燃油或燃氣)，這樣燃料在貧氧(2-20％)狀態(tài)下實現(xiàn)燃燒；與此同時爐膛內(nèi)燃燒后的煙氣經(jīng)過另一個蓄熱室(見圖中蓄熱室2)排入大氣，爐膛內(nèi)高溫熱煙氣通過蓄熱體時將顯熱傳遞給蓄熱體，然后以150~200℃的低溫煙氣經(jīng)過換向閥排出。工作溫度不高的換向閥以一定的頻率進行切換，使兩個蓄熱體處于蓄熱與放熱交替工作狀態(tài)，常用的切換周期為30~200秒。
簡單說，就是先將蓄熱體加熱后，再通入空氣，并將空氣加熱到高溫，送入爐內(nèi)與煙氣混合（為降低氧氣含量，目的是降低氧化氮的含量）后，再與燃料混合燃燒。
要注意的是，蓄熱燃燒，蓄熱室必須是成對的，其中一個用來加熱空氣，而另一個被煙氣加熱。經(jīng)過一個周期后，加熱空氣的蓄熱室降溫，而被煙氣加熱的蓄熱室卻升高溫度，這樣，通過換向閥，使兩個蓄熱室作用交換，這時原來是排煙口的，現(xiàn)在變成了燒嘴，而原來是燒嘴的，現(xiàn)在變成了排煙口。
高溫空氣燃燒技術的主要特點是：(1)采用高溫空氣煙氣余熱回收裝置，交替切換空氣與煙氣，使之流經(jīng)蓄熱體，能夠在最大程度上回收高溫煙氣的顯熱，即實現(xiàn)了極限余熱回收；(2)將燃燒空氣預熱1000℃以上的溫度水平，形成與傳統(tǒng)火焰(諸如擴散火焰與預混火焰等)迥然不同的新型火焰類型，創(chuàng)造出爐內(nèi)優(yōu)良的均勻溫度場分布；(3)通過組織貧氧狀態(tài)下的燃燒，避免了通常情況下，高溫熱力氮氧化物NOx的大量生成。因此，這項技術在實際應用中，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
其主要存在的問題是：（1）由于是項新技術，因此，加熱爐、燃燒器等仍未適應其要求，尚存在設計與操作方面的理論問題。（2）高溫帶來的管道、設備更易損壞等。（3）蓄熱體結塊、壽命不長等。（4）爐內(nèi)壓力變化大，造成熱量大量溢出，未能達到實際節(jié)能效果。（5）日常維護量、成本增加。等等。
可見，通過十余年的實踐，已不向原來那樣熱衷于蓄熱燃燒技術了。目前，反對與支持之間的爭論非常紅火。
濃縮蓄熱催化燃燒技術，是廢氣先通過預處理，去除絕大部分的粉塵和顆粒狀物質(zhì)和油膏等，然后將廢氣引入阻火器。再送入濃縮系統(tǒng)，將空氣與廢氣分離，廢氣部 分進入下一步處理工序，空氣部分進入排放口排放；廢氣進行蓄熱系統(tǒng)，使廢氣達到起燃溫度后進入催化室，在催化劑的作用下，進行催化燃燒。經(jīng)一定時間，以保證高凈化率。經(jīng)凈化后的尾氣再進入蓄熱床進行熱交換，將燃燒產(chǎn)生的大部分熱量儲存下來，然后由風機抽出高空排放。
韓泰輪胎現(xiàn)在采用的濃縮蓄熱催化燃燒設備進行廢氣治理，到目前為止是國內(nèi)同行業(yè)中效果最好的處理密煉工藝廢氣的方法。經(jīng)過有關部門監(jiān)測，韓泰輪胎廢氣治理項目處理率已達90%。
我不知道你是環(huán)保單位還是用戶，目前輪胎廠的廢氣已經(jīng)成為很多令廠家頭痛的事情。
如果我沒記錯的話，輪胎生產(chǎn)大概要經(jīng)過5個過程：硫化、成型、材料、壓延、煉膠。臭氣污染主要來源生膠煉膠與輪胎硫化兩個階段，其他階段也會伴有一定的橡膠、塑料異味，其成分主要為H2S、CS2、MCH（非甲烷總烴）及少量其他臭氣成分。
很多輪胎廠家做的方式都是將廢氣直接高空外排，所以一般廠子周邊3公里內(nèi)，到處都是黑漆漆的橡膠黑粉，而且有比較強烈的橡膠燒焦的異味。
我08年接觸的那個廠子，5個煙囪，每個風量有50多萬，出口溫度有90°，其中非甲烷總烴的量超級高。
不過最后那個企業(yè)還是選擇了韓國的一個焚燒技術。
他們目前的工藝是：水洗+焚燒，水洗去掉粉塵及硫系物，然后將含量較多的有機成分的廢氣焚燒處理。
