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催化燃烧技术在VOCs有机废气处理中的研究

作者:有机废气处理设备时间: 2019-09-20浏览次数:
催化燃烧常用于有机废气处理设备中,属于常用的有机废气处理技术之一。本文介绍了催化燃烧技术,在国内外的研究进展,并总结指出了催化燃烧的研究方向。

      催化燃烧常用于有机废气处理设备中,属于常用的有机废气处理技术之一。本文介绍了催化燃烧技术,在国内外的研究进展,并总结指出了催化燃烧的研究方向。

      催化燃烧作为VOCs有机废气处理的主要方法之一,由于设备和操作简单且不产生二次污染,处理有机废气效率高,因而受到人们的注意。催化燃烧技术经过国内外的研究发展,已扩展出多种工艺形式,比如固定床催化燃烧技术、整体式催化燃烧工艺、流化床催化燃烧反应工艺和流向变换催化燃烧与吸-放热耦合反应工艺。下面,康景辉小编将为您详细讲述这几类催化燃烧设备。
 

      固定床催化燃烧技术
      在固定床催化燃烧反应器中,催化剂以颗粒状形态随机性填充到床层。运用于固定床反应器的颗粒状催化剂主要为Pd、Pt等负载型贵金属催化剂和非贵金属氧化物。贵金属催化剂具备高催化活性及其低温下(<500℃)不易被硫、磷污染,寿命长且更易回收利用等特点,缺陷是价格比较贵且易煅烧。贵金属催化剂适用于较低浓度的甲烷的催化燃烧。

催化燃烧技术在VOCs有机废气处理中的研究

      非贵金属氧化物包含钙钛矿型化合物、六铝酸盐等。

      钙钛矿型金属氧化物催化剂,鉴于其耐热性好,适用于较高浓度甲烷燃烧系统,耐热稳定性型高,因而获得更普遍的运用。尽管其稳定性比贵金属催化剂逐步提高,但仍存有着比表面积较低及其耐高温易于烧结等问题,依据引入具备热稳定功能的结构助剂或将钙钛矿型金属氧化物催化剂担载在适度的高比表面积载体上,可扩大催化剂的分散度,增强耐热稳定性。

      六铝酸盐系列催化剂具备比较好的耐热稳定性能及其较高的拉伸强度。从这一些层面看,它被认为是耐高温催化燃烧运用发展前景的催化剂之一。
 

      整体式催化燃烧工艺
      整体式催化剂是由载体、涂层及其催化活性成分组成的很多狭小的平行面通道整齐排列的新型催化剂。整体式催化剂集反应器和催化剂于一身,相较传统式颗粒状催化剂及固定床反应器,具备催化剂床层阻力小、床层压下降、放大效应小和传质效率高等特点,现阶段较常见的是蜂窝陶瓷和金属合金等整体式载体。

      金属基体一般 由卷起的波浪形金属薄片组成,材质一般 为铁铬铝合金或铝铬钴合金等。与陶瓷基体相较,金属基体具备拉伸强度高、起燃速度快、耐热冲击等特点,但热膨胀系数过大,难与载体或催化剂涂层搭配,金属基整体式催化剂基体的结构类型有蜂窝状,丝网状和泡沫状等。
 

      流化床催化燃烧反应工艺
      低浓度甲烷普遍存有于矿井煤层气和某些有机废气中,甲烷浓度常被稀释至5% 以下,鉴于甲烷含量低,流量和浓度常随操作条件而转变,采用固定床式的催化燃烧会导致部分温度过高,以至于会导致热应力过大等现象; 而流化床焚烧设备具备热容量大、接触面积广、换热效率高等特点,在焚烧低浓度甲烷层面显示出了优势。
流化床催化燃烧反应工艺

      探讨说明: 伴随着温度的增高,床层膨胀高度增加; 流化风速扩大,床层的空隙率增加,床层膨胀高度增加; 温度对气泡的生长影响不明显; 流化风速增加时,进到气泡相的气体量增加,气泡直径扩大; 流化床床层表面的压力起伏频率大于床层内; 甲烷通入时,床层内部平均压力下降,压力起伏频率减小,但床层表面压力起伏频率增加。
 

      走向转换催化燃烧与吸-放热耦合反应工艺
      鉴于甲烷催化燃烧是强放热反应,将甲烷催化燃烧的放热与某些吸热反应耦合,开发出吸-放热耦合反应。在其中,固定床催化反应器中的走向转换强制周期实际操作作为一种操作过程强化技术,遭受愈来愈多的关注。

      走向转换强制周期实际操作的基本原理是依据反应装置中实际操作阀门的时间及顺序,从而达到控制催化燃烧反应器内气体走向的周期性改变。与传统式固定床催化反应器相较,走向转换催化燃烧反应器具备改良反应的时均性能、改良系统稳定性及下降参数灵敏度等特点,是去除VOCs 有机废气处理的发展前景的新技术之一。
 

      依据甲烷催化燃烧反应的强放热特点,将强吸热的甲烷重整制氢气、烷烃脱氢等反应与强放热的甲烷催化燃烧做好耦合,利用反应热的探讨引起普遍关注。关于吸- 放热反应耦合方式,有管状热交换反应器和催化平板反应器,无论是以哪种耦合方式均要求催化反应器具备良好的导热性能,以确保放热反应中产生的反应热可以被吸热反应吸收。
 

      探讨表明,可以依据调整重整侧甲烷进口速度来达到热量的良好搭配,扩大反应通道长度可以增强重整侧的甲烷转化率和下降反应器出口温度。
 

      催化燃烧对于下降VOCs有机废气处理操作过程的反应温度,促使VOCs有机废气彻底焚烧,控制有毒害有机物的形成等层面,有较为关键的功能,世界各国对催化燃烧工艺及催化剂的探讨也获得了必要成果。
 

      固定床催化燃烧设备鉴于其反应器空间结构简单,常见于实验室做好新型催化剂评价,较少运用于工业有机废气处理中。
 

      整体式催化燃烧工艺具备催化剂床层阻力小、床层压降低和传质效率高等特点,拆装维护拆解简单,可代替传统式颗粒状多相催化剂运用于工业生产中。
      流化床焚烧设备具备热容量大、接触面积广、换热效率高等特点,在焚烧低浓度甲烷层面常选用流化床催化工艺。
 

      走向周期转换催化燃烧反应工艺中,鉴于反应物在催化剂和惰性填料之间直接换热,具备很高的换热效率,确保催化反应可在较低反应物浓度下保持自热平衡。
 

      吸-放热耦合反应工艺的反应器设计较为简单,反应热的利用率较高,但现阶段的探讨均停留在实验室周期,反应和热量利用耦合技术的探讨也有待加强。
 

      以上就是康景辉为您带来的关于,催化燃烧技术在VOCs有机废气处理中的研究。近年来,越来越多的国内外研究者把注意力放在了研制开发新型催化剂活性组分的研究,但现阶段还没有开发出高活性,起燃温度低,抗毒能力强且造价便宜的催化剂活性成分,限制了催化燃烧的应用范围,所以开发低温高活性以及高温热稳定性、机械强度高、抗热冲击、抗中毒的廉价催化剂是催化燃烧研究的总体方向。
 


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