催化燃燒設(shè)備按活性成分分類和設(shè)計考慮因素

發(fā)布時間：2019-05-23

催化燃燒是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。所以，催化燃燒又稱為催化化學(xué)轉(zhuǎn)化。由于催化劑加速了氧化分解的歷程，大多數(shù)碳?xì)浠衔镌?00~450℃的溫度時，通過催化劑就可以氧化。

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。

在化學(xué)反應(yīng)過程中，利用催化劑降低燃燒溫度，加速氣體氧化的方法，叫做催化燃燒法。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℃的氣體通過催化層時，氧和氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上，增加了氧和氣體接觸碰撞的機(jī)會，提高了活性，使氣體與氧產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而生成CO2和H2O，同時產(chǎn)生熱量，從而使得氣體變成氣體。

催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應(yīng)器、熱回收系統(tǒng)和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成。其凈化原理是：未凈化氣體在進(jìn)入燃燒室以前，先經(jīng)過熱交換器被預(yù)熱后送至燃燒室，在燃燒室內(nèi)達(dá)到所要求的反應(yīng)溫度，氧化反應(yīng)在催化反應(yīng)器中進(jìn)行，凈化后煙氣經(jīng)熱交換器釋放出部分熱量，再由煙囪排入大氣。

催化劑品種目前催化劑的品種已相當(dāng)多，按活性成分大體可分3類：

1、貴金屬催化劑

鉑、鈀、釕等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且運(yùn)用壽命長，適用范圍廣，易于收回，因此是常用的廢氣燃燒催化劑。如我國早選用的Pt-Al2O3催化劑就歸于此類催化劑。但因為其資源稀疏，價格昂貴，耐中毒性差，人們一向盡力尋覓替代品或盡量削減其用量。

2、過渡金屬氫化物催化劑

作為替代貴金屬催化劑，選用氧化性較強(qiáng)的過渡金屬氧化物，對甲烷等烴類和一氧化碳亦具有較高的活性，一起下降了催化劑的本錢，常見的有MnOx、CoOx和CuOx等催化劑。大連理工大學(xué)   的含MnO2催化劑，在130℃及空速13000h-1的條件下能甲醇蒸氣，對乙醛、丙酮、苯蒸氣的   也很有作用。

3、復(fù)氧化物催化劑

一般認(rèn)為，催化燃燒設(shè)備復(fù)氧化物之間因為存在結(jié)構(gòu)或電子調(diào)變等相互作用，活性比相應(yīng)的單一氧化物要高。有以下兩大類：

(1)鈣鈦礦型復(fù)氧化物

稀土與過渡金屬氧化物在   條件下能夠構(gòu)成具有   鈣鈦礦型的復(fù)合氧化物，通式為ABO3，其活性明顯優(yōu)于相應(yīng)的單一氧化物。結(jié)構(gòu)中一般A為四面體型結(jié)構(gòu)，B為八面體形結(jié)構(gòu)，這樣A和B構(gòu)成交替立體結(jié)構(gòu)，易于替代而發(fā)生品質(zhì)缺點，即催化活性   位，外表晶格氧供給的氧化   ，從而完成   氧化反響。常見的有幾類如：BaCuO2、LaMnO3等。

(2)尖晶石型復(fù)氧化物

作為復(fù)氧化物重要的一種結(jié)構(gòu)類型，以AB2X4表示。尖晶石亦具有不錯的   氧化催化活性，如對CO的催化燃燒起燃點落在低溫區(qū)(約80℃)，對烴類亦在低溫區(qū)可完成   氧化。其間研討為活潑的CuMn2O4尖晶石，對芳烴的活性尤為超卓，如使甲苯   燃燒只需260℃，完成低溫催化燃燒，具有特別實際意義。

(3)催化劑負(fù)載方法

催化劑活性組分可通過下列方法沉積在載體上：

電沉積在環(huán)繞或壓制的金屬載體上；沉積在顆粒狀陶瓷材料上；沉積在蜂窩結(jié)構(gòu)的陶瓷材料上。

催化燃燒設(shè)備設(shè)計時應(yīng)考慮以下幾方面問題：

1、氣流和溫度均勻分布。要使通過催化劑表面的氣流和溫度分布均勻，并火焰不直接接觸催化劑表面，燃燒室   具有足夠的長度和空間。催化燃燒設(shè)備應(yīng)具有良好的保溫效果。爐體一般用鋼結(jié)構(gòu)的外殼內(nèi)襯耐火材料，或用雙層夾墻結(jié)構(gòu)。

2、便于清洗和   換。催化劑反應(yīng)器一般應(yīng)設(shè)計成裝卸方便的模屜結(jié)構(gòu)，便于清洗和換催化劑載體。

3、輔助燃料和助燃。催化燃燒一般采用氣作輔助燃料，也可用燃料油、電加熱等作輔助燃料。助燃一般用凈化后的氣體，如果凈化后的氣體不能作為助燃，則應(yīng)引入空氣助燃。

4、較高的轉(zhuǎn)化速度。由于催化燃燒為不可逆的放熱反應(yīng)，所以，無論反應(yīng)進(jìn)行到什么階段，都應(yīng)在盡可能高的溫度下進(jìn)行，以獲得較高的轉(zhuǎn)化速度。但操作溫度往往受某些條件的限制，如催化劑的耐熱溫度、高溫材料的獲得，熱能的供應(yīng)，以及是否伴有副反應(yīng)等。因而實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實際情況恰當(dāng)?shù)剡x擇。