废气处理催化燃烧法

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1、废气处理催化燃烧法    一、催化原理及装置组成    1、催化剂定义  催化剂是一种能提高化学反应速率，控制反应方向，在反应前后本身的化学性质不发生改变的物质。    2、催化作用机理  催化作用的机理是一个很复杂的问题，这里仅做简介。在一个化学反应过程中，催化剂的加入并不能改变原有的化学平衡，所改变的仅是化学反应的速度，而在反应前后，催化剂本身的性质并不发生变化。那么，催化剂是怎样加速了反应速度呢了既然反应前后催化剂不发生变化，那么催化剂到底参加了反应没有?实际上，催化剂本身参加了反应，正是由于它的参加，使反应改变了原有的途径，使反应的活化能降低

2、，从而加速了反应速度。例如反应A+B→C是通过中间活性结合物(AB)过渡而成的，即：A+B→[AB]→C其反应速度较慢。当加入催化剂K后，反应从一条很容易进行的途径实现：A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K中间不再需要[AB]向C的过渡，从而加快了反应速度，而催化剂并未改变性质。    3、催化燃烧的工艺组成  不同的排放场合和不同的废气，有不同的工艺流程。但不论采取哪种工艺流程，都由如下工艺单元组成。    ①废气预处理  为了避免催化剂床层的堵塞和催化剂中毒，废气在进入床层之前必须进行预处理，以除去废气中的粉尘、液滴及催化剂的

3、毒物。    ②预热装置  预热装置包括废气预热装置和催化剂燃烧器预热装置。因为催化剂都有一个催化活性温度，对催化燃烧来说称催化剂起燃温度，必须使废气和床层的温度达到起燃温度才能进行催化燃烧，因此，必须设置预热装置。但对于排出的废气本身温度就较高的场合，如漆包线、绝缘材料、烤漆等烘干排气，温度可达300℃以上，则不必设置预热装置。 预热装置加热后的热气可采用换热器和床层内布管的方式。预热器的热源可采用烟道气或电加热，目前采用电加热较多。当催化反应开始后，可尽量以回收的反应热来预热废气。在反应热较大的场合，还应设置废热回收装置，以节约能源。    预热

4、废气的热源温度一般都超过催化剂的活性温度。为保护催化剂，加热装置应与催化燃烧装置保持一定距离，这样还能使废气温度分布均匀。从需要预热这一点出发，催化燃烧法最适用于连续排气的净化，若间歇排气，不仅每次预热需要耗能，反应热也无法回收利用，会造成很大的能源浪费，在设计和选择时应注意这一点。    ③催化燃烧装置  一般采用固定床催化反应器。反应器的设计按规范进行，应便于操作，维修方便，便于装卸催化剂。    在进行催化燃烧的工艺设计时，应根据具体情况，对于处理气量较大的场合，设计成分建式流程，即预热器、反应器独立装设，其间用管道连接。对于处理气量小的场合，

5、可采用催化焚烧炉(见图16－13)，把预热与反应组合在一起，但要注意预热段与反应段间的距离。催化燃烧过程的热平衡：   催化燃烧是放热反应，放热量的大小取决于有机物的种类及其含量。依靠废气燃烧的反应热，维持催化燃烧过程持续进行是最经济的操作方法，而能否以自热维持体系的正常反应，则取决于燃烧过程的放热量、催化剂的起燃温度、热量回收率、废气的初始温度。以净化含甲苯的废气为例，设3种废气中分别含有甲苯2000、1000、500mg/m3，催化剂的相应起燃温度分别为200、250、300℃，废气的初始温度分别为30、150℃，热交换器的效率与需补充能量的关系

6、如表2所示（表中t1、t2、t3、t4、t5分别表示废气初始温度、经热交换器预热后的温度、进催化床的温度，出催化床的温度及净化气经热交换器换热后放空的温度）。从表2可见，热交换器的效率越高，催化剂的起燃温度越低，废气的初始温度越高，实现自热运转可能性越大。而5000mg/m3左右的有机物残留量在工业有机废气中是常见的，只要热交换器的换热效率达到50%～60%，就可利用热交换器回收燃烧反应热来维持催化燃烧体系的进行。催化燃烧法的优点1．可以降低有机废气的起始燃烧温度。例如甲醇、甲醛在以氧化铝为载体的Pt催化剂(Pt/Al2O3)的作用下,室温下就开始燃

7、烧,而直接燃烧法起始燃烧点通常为300～600℃。2． 燃烧不受碳氢化合物浓度的限制。3．基本上不会造成二次污染。 4．设备较简单，投资少，见效快。 无论燃煤是发电还是供热、供汽，使用它的主要设备为锅炉。我国大中城市中普遍使用小型锅炉供热，更小型的茶炉供应开水。这样，成千上万根细小的烟囱，就一起竖直着指向天空，随时喷出一股股黑烟，污染天空。因此科学家提出治理大气污染应从锅炉开始。废气处理催化燃烧净化塔在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化成水和二氧化碳。   催化燃烧法处理工业有机废气是20世纪40年代末出现的技术。从1

8、949年美国研制出世界上第一套催化燃烧装置到现在，这项技术已 广泛地应用于油漆、橡胶加工、塑料加工、树脂加工