吸附催化燃燒的設(shè)計(jì)要素及設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問題

發(fā)布時(shí)間：2019-04-23

催化燃燒設(shè)備的使用越來越頻繁，這一點(diǎn)早已不是什么秘密。這是因?yàn)楝F(xiàn)今廢氣處理技術(shù)中，主要有燃燒、冷凝、吸附、膜處理技術(shù)等。除燃燒技術(shù)外，其它處理方法主要適合于物種較單一、廢氣工況較穩(wěn)定的場合，而且可適用工況范圍均較小。但是大多數(shù)工業(yè)廢氣存在物種復(fù)雜、工況波動(dòng)大，回收價(jià)值不高的問題，對(duì)于這一類尾氣較適合采用燃燒技術(shù)。另外，與普通的熱力焚燒處理技術(shù)相比，催化燃燒技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，據(jù)市場分析數(shù)據(jù)，催化燃燒技術(shù)在廢氣環(huán)保處理技術(shù)中已占50～60%之多，成為主流成熟的廢氣處理技術(shù)。

催化燃燒過程的燃燒過程是在催化燃燒裝置進(jìn)行。廢氣通過熱交換器預(yù)熱至200～400℃，然后進(jìn)入燃燒室。當(dāng)它通過催化劑床時(shí)，混合氣體中的烴分子和氧分子分別吸附在催化劑表面上并活化。由于表面吸附降低了反應(yīng)的活化能，碳?xì)浠衔锖脱醴肿釉谳^低溫度下被氧化，產(chǎn)生二氧化碳和水。催化劑燃燒反應(yīng)的關(guān)鍵是選擇合適的催化劑。催化劑的需求:高活動(dòng)，尤其是低溫活性好，所以開始的時(shí)候溫度盡可能低。燃燒是一種放熱反應(yīng)，釋放大量的熱量可使催化劑表面達(dá)到500～1000攝氏度，而且催化劑易熔化，活性降低，因此要求催化劑能夠承受高溫。

用于催化燃燒的催化劑可分為1：1貴金屬：鉑、鈀、釕等。貴金屬催化劑具有較高的活性和氧化容易回收，等等，雖然有稀缺資源，昂貴的和糟糕的抗毒性缺點(diǎn)，但仍然是世界上主要的催化劑。非貴金屬：過渡元素氧化物和稀土元素氧化物。單組分氧化物，如氧化銅(CuO)和氧化鎳(NIO)。單組分氧化物的耐熱性差，活性低，限制了其應(yīng)用。后切換到兩個(gè)或兩個(gè)以上的金屬氧化物的混合物，如二氧化錳-氧化銅(3:2)化合物，三氧化二鐵-鉻酸復(fù)雜，銅氧化物、三氧化鉻復(fù)雜，尖晶石復(fù)雜鈷、錳、銅、錳、鎳、鋅鉻酸鹽等。雖然復(fù)合氧化物可以   某些催化性能，但氧化活性仍低于貴金屬。此外，還存在釷、鎳、鉬、硫化鈷等金屬硫化物。一般只適用于這類催化劑催化燃燒的碳?xì)浠衔?，硫、使用溫度限制?00~400℃，高溫，容易分解。

吸附催化燃燒在設(shè)計(jì)方面的關(guān)鍵點(diǎn)

吸附催化燃燒應(yīng)用逐漸增多，相關(guān)技術(shù)也已趨于成熟。在設(shè)計(jì)方面，主要是以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是加熱熱交換與尾氣熱回收熱交換的設(shè)計(jì)，二是對(duì)催化劑填料層的設(shè)計(jì)和催化劑選型，三是對(duì)設(shè)備運(yùn)行控制和   控制設(shè)計(jì)。

(1)活性炭升溫和催化燃燒室升溫控制。在使用脫附+催化燃燒時(shí)，應(yīng)將催化燃燒室溫度升至工作溫度后，然后再對(duì)活性炭進(jìn)行逐步升溫脫附；而有些廠家設(shè)計(jì)在催化燃燒室的溫度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)溫度時(shí)，就開始對(duì)活性炭進(jìn)行升溫脫附，此種情況造成脫附出的廢氣無法   的經(jīng)過催化燃燒室燃燒。

(2)催化燃燒室預(yù)熱。催化室預(yù)熱時(shí)，未對(duì)流動(dòng)的氣流進(jìn)行動(dòng)態(tài)加熱，而是對(duì)催化室內(nèi)的空氣進(jìn)行靜態(tài)加熱，導(dǎo)致一旦廢氣進(jìn)入催化燃燒室，其催化室溫度下降，造成達(dá)不到催化燃燒的溫度。

(3)利用催化燃燒的熱部分尾氣作為活性炭脫附氣體。催化燃燒的尾氣溫度較高，一般300℃左右，為降低能耗，部分廠家設(shè)計(jì)是利用處理后的尾氣作為脫附熱氣?；钚蕴刻嫉拿摳綔囟戎恍枰?0—90℃，利用尾氣前先對(duì)尾氣進(jìn)行降溫處理，若不能將溫度降至設(shè)計(jì)范圍，就會(huì)存在活性炭著火的風(fēng)險(xiǎn)；而且脫附產(chǎn)生的廢氣是濃縮廢氣，其濃度較高，與高溫氣體接觸也會(huì)存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。如果采用燃?xì)饧訜?，燃?xì)馊紵a(chǎn)生的廢氣和燃?xì)獗旧硭糠忠蜃?，也?huì)對(duì)活性炭、催化劑造成不利影響；再有燃?xì)馐褂萌艨刂撇缓茫?nbsp;  氣未燃燒直接進(jìn)入催化裝置，一旦點(diǎn)火也會(huì)發(fā)生爆炸，其風(fēng)險(xiǎn)相比電加熱   大。

催化燃燒裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面問題

1、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。

2、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。催化燃燒裝置應(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)。

3、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(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況恰當(dāng)?shù)剡x擇。

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