應用催化燃燒技術淨化（huà）有機廢氣

 
敘述了有機廢氣（qì）催化燃燒技術的實質、特點、應用範圍、工藝流程（chéng），分析了催化劑組成、中毒原（yuán）因、防中毒機製和預處理目的，結合實際應用中（zhōng）的工藝條件探討催化燃燒技術存在的問（wèn）題和今後的研發方向。
有機廢氣通常（cháng）含有揮發性有機物（VOCs），世界各國通過立法不斷限製VOCs的排放量（liàng），美國（guó） 《淨（jìng）化（huà）大氣法（fǎ）》 強調在未來幾年要減少189種有毒（dú）化（huà）學品90%的排放，其中70%的化學品是揮發性有（yǒu）機化合物。2013年國家環（huán）保部發布的（de） 《揮發性有機物（VOCs）汙（wū）染防治技術政策》 中指（zhǐ）出（chū）：VOCs汙染防治應（yīng）遵循源頭和過（guò）程控製（zhì）與末端治理相結合的綜合（hé）防治原（yuán）則。要求到2020年，基本實現（xiàn）VOCs從原料到產品、從生（shēng）產到消費的全過（guò）程減排。有機廢氣末端治理工藝中，催化燃燒技術（shù）適於處（chù）理大流量、低濃度有機廢氣，符合當今社會倡導的高效低耗、節能環保的理念。

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 催化燃燒法應用特點
催化燃燒技術（AOGC）是典型（xíng）的（de）氣—固相催（cuī）化反（fǎn）應，其實質是由活性氧參與的有機物質深度氧化。這種有機物質（zhì）氧化（huà）是發生在固體催化劑表麵，吸附作用使有機分子（zǐ）富集而（ér）提（tí）高了（le）反（fǎn）應速率，借助催化劑（jì）降（jiàng）低了反應的活化（huà）能，使其在較低的（de）起燃溫度下進行無焰燃燒，產生CO 2、N 2 和H 2 O，並放出大量的熱量。催化燃燒與傳統的火焰燃燒相比主要有下列（liè）優點。
（1）無（wú）火焰燃燒，安全性（xìng）好，淨化率大於95%。
（2）對可燃組（zǔ）分濃度和熱值（zhí）限製（zhì）較小，起燃溫度低，能耗少，運轉費用低。
（3）適應氧濃度範圍大（dà），燃燒緩和操作管理方便。
（4）起（qǐ）燃溫度低，很（hěn）大程度抑製了空氣中N 2高溫（wēn）燃燒形成熱力型NO x。同時，選擇性催化作用，限製（zhì）燃料中含氮化（huà）合物（RNH）的氧化過程，使其（qí）多數形成氮氣（N 2），減少了二次（cì）汙染。
（5）催化燃燒幾乎可以處理所（suǒ）有烴類和惡臭氣體（tǐ）等成分複雜的各種有機廢氣（qì），適用範圍廣（guǎng）。對於有機（jī）化工、塗（tú）料（liào）、絕緣材（cái）料等行業排放的低濃度、多組分，沒有（yǒu）回收價值的有機廢氣（qì）均有較好處理效（xiào）果（guǒ）。
缺點（diǎn）是工藝條件要求嚴格，廢氣不應含催化劑毒物或影響其壽命和淨化效（xiào）率的塵粒、霧滴。因此，采用催化（huà）燃燒技術須對（duì）有（yǒu）機廢氣進行（háng）前處理（lǐ）。其次，為防止催化劑中毒，不適用於燃燒過（guò）程中產生（shēng）大量（liàng）硫氧（yǎng）化物和氮氧化物廢氣的處（chù）理。
 
02
 
催化劑的組成和活性
2.1 催化（huà）劑及載體
催化劑通常都是由活性成分、助劑和載體等組成，催化反應的活性組分負載在較大比表麵積（jī）的載體上，在催化反應中，載體的作用除了負載分散活（huó）性（xìng）組分外，還（hái）可以增加催化劑（jì）的穩（wěn）定性、選擇性和活性等。所（suǒ）以，催化劑的活性不僅依賴於催化劑（jì）活性組分的分布，還依賴於載體顆粒大小和化（huà）學狀態，即催化劑載體對催（cuī）化效（xiào）果和壽命有很大的影響。催化劑活性（xìng）成分可分為貴（guì）金屬、非貴金屬氧化物：貴金屬Pt、Pd是低溫催化燃燒常用的催化（huà）劑，其優點是具有（yǒu）較高的催化活性（xìng）、良好的抗毒性，缺點是活性組分（fèn）容易揮發和燒結，其次是價格昂貴；非貴金屬催化劑主要有過渡金屬銅（tóng）、錳、鉻等（děng）的氧化物以及鈣（gài）鈦礦型複合氧化物催化劑，價格相對較低，耐高溫熱穩定（dìng）性較好，不足之處是催化活性相對較低，起燃溫度要求（qiú）較高。
2.2 催化劑中毒及（jí）防治催化劑中毒主要有三種類型
（1）催化劑完全中毒。毒物與催化劑活性（xìng）中心生成了（le）結（jié）合力很強的物質，不能（néng）用一（yī）般方法將它去除或根本無法去除。
（2）抑製催化反應。
鹵素和硫的化合物易與活性（xìng）中心結合，此作用是可逆的。
（3）沉積覆蓋活性中心。燃燒所致碳沉積、陶（táo）瓷粉塵和其他顆（kē）粒物堵塞活性中心，影響催化劑吸附能力，使其活性下降。
減少催化（huà）劑活性（xìng）的衰減措施如下：按操作規程精（jīng）準地控製反應（yīng）條件；對廢氣進行預處理，防（fáng）止催化劑中毒；當催化劑表麵（miàn）結碳時，吹入過量空氣並提高燃燒溫度，去除表麵結碳；改進（jìn）催化劑製備工藝，提高催化劑耐熱性和抗毒能力。
 
03
 
催化燃燒工藝流程
根據廢氣預熱方式及富集方（fāng）式，催化燃（rán）燒工藝流程可分為預熱式、自然熱平衡和吸附-催化燃燒三種。
3.1 預熱式
當有機廢氣（qì）溫度和濃度較低，在進入反應器前需要在預熱室加熱升溫，燃燒淨化後氣體（tǐ）在熱交換器內（nèi）與未處理（lǐ）廢氣進行熱交換，以回（huí）收部分熱量（liàng）。
3.2 自身熱平衡式
當有（yǒu）機廢氣溫度高於起燃溫度並且有機物（wù）含量（liàng）較高，熱交換器回收部（bù）分熱量，在正常操作下能夠維持熱平衡，不需補（bǔ）充熱量。
3.3 吸附-催化燃燒
當有機廢氣氣（qì）體流量大（dà）、濃度低、溫度低，采用催化燃燒還需耗大量燃料時，可先采用（yòng）吸附手段將有機廢氣吸附於吸附劑上進（jìn）行濃縮，然（rán）後再經熱空氣吹掃，使有機廢氣脫附出來，變成濃縮的高濃度有（yǒu）機廢氣，再進行催化燃（rán）燒。有機廢氣中反應物先向催化劑表麵擴散、吸附；被吸附的反（fǎn）應物與氧氣在催化劑表麵化學鍵重新組合－發生化學反應；後，生成物由催化劑表麵脫附，離開催化劑表（biǎo）麵向周圍介質擴散。當濃縮有機廢氣實現自身熱平衡運轉時，無需外界補充熱（rè）源。
 
04
 
有機廢（fèi）氣（qì）催化燃燒技（jì）術進（jìn）展
4.1 催化燃燒在汽車尾氣淨化方麵的應（yīng）用
汽車尾氣催化淨化是將排氣管CO、CH和（hé）NO x借助（zhù）汽車尾部安裝（zhuāng）的催（cuī）化轉化器，發生催化反（fǎn）應轉化為CO 2、H 2 O和N 2，此催化劑為三元催化劑。為防止催化劑中毒，必須使用硫、鉛含量低的燃油。在大量過剩氧氣的存在下，具備原（yuán）位NO x 還原能力催（cuī）化劑的發展，可實現汽（qì）車（chē）發動機節約燃油25%。隨（suí）著新材料的應用以（yǐ）及低硫含量汽油的推廣，催化燃（rán）燒技術市場前景廣闊。
4.2 催化燃燒在處理二噁英氣體方麵的應用
催化燃燒技術用於處理二噁英氣體，在240℃-260℃和8000r?h －1 的轉（zhuǎn）速下，二噁英的（de）去除率達到99%，二噁英濃度可降至0.1ng/m 3 以下。廢氣中多（duō）氯聯苯並呋喃等二噁英前驅物質基本（běn）完全分解，氮氧化物發生選擇性催化還原反應（yīng），生成無害的氮（dàn）氣。
4.3 催（cuī）化（huà）燃燒在處理工業有機廢氣方麵的應（yīng）用（yòng）
石油（yóu）化（huà）工、油漆、塗料、輪胎製造等工業生產（chǎn）過程中都涉及（jí）到有機揮發化合物的使用和排放。這些揮發性有機物（VOCs）如不經處理直排大氣，會對環境造成（chéng）嚴重的汙染。催化燃燒（shāo）淨化處理技術，將有機物分子在催（cuī）化劑表麵作用（yòng）發生深度氧化轉化為無害的（de）二氧化碳和水。催化燃燒技術已由試驗轉入工程實踐階段，並逐（zhú）漸應用於石油化工、農藥、印刷、塗料等（děng）行業有機廢氣淨（jìng）化處理。
 
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結語
催化燃（rán）燒技術研究與應用已經進入快速發展的階段，涉及催化材料製備（bèi）、實用反應工藝以及汙（wū）染物性能分析等多（duō）方（fāng）麵。所以結合實際應用中工藝條件和反應機理的研究，提高催化劑性能，研製抗毒能力強、大轉（zhuǎn）速、比表麵積（jī）大及低（dī）起燃點的非貴金屬催化劑，以降低工藝造價和運行費用；催化燃燒（shāo）裝置向大型化、整體型和節（jiē）能型方向發展是（shì）應用（yòng）領域將來研究的重點。