應用催化燃燒技術淨化有機（jī）廢氣

 
敘述了有機廢氣催化燃燒技術的實質、特點（diǎn）、應用範圍、工（gōng）藝流程，分析了催化劑組成、中毒原因、防（fáng）中毒機（jī）製和預處理目的，結合實際應用中的（de）工藝條件探討催化（huà）燃燒技（jì）術存在的問題和（hé）今後的研發方向（xiàng）。
有機廢（fèi）氣通常含有揮發性（xìng）有機物（VOCs），世界（jiè）各（gè）國通（tōng）過立法不斷（duàn）限製VOCs的排放量，美國 《淨（jìng）化大氣法》 強調在未來幾（jǐ）年要（yào）減少189種有毒化學品90%的排放，其中70%的（de）化學品是揮發性有機化合物。2013年（nián）國家環（huán）保部發布的（de） 《揮發（fā）性有機物（VOCs）汙染（rǎn）防治技術（shù）政策》 中指出：VOCs汙染防治應遵（zūn）循源頭和過程控製（zhì）與末端治理相結合的綜（zōng）合（hé）防治原（yuán）則（zé）。要求到（dào）2020年，基本實現VOCs從原（yuán）料到產品、從生產到消（xiāo）費的全過程減排（pái）。有機廢氣末端治（zhì）理工藝中，催化（huà）燃燒技術適於處理大流量、低濃度有機廢氣，符合當今社會倡導（dǎo）的（de）高效低耗、節能環保的（de）理念。

01
 
 催化燃燒法應用特點
催化燃燒（shāo）技術（AOGC）是典型的氣—固相催化反應，其實質（zhì）是由活性氧參與的有機物質深度氧化。這種（zhǒng）有（yǒu）機物質氧化是發生在固體催化劑表麵（miàn），吸附作用使有機（jī）分子富集（jí）而提高了反應速率，借助催化劑（jì）降（jiàng）低了反應的活化能，使其在較低的（de）起燃溫度下進行無焰燃燒，產（chǎn）生CO 2、N 2 和H 2 O，並放出大量（liàng）的熱量。催化燃燒（shāo）與傳統的火焰燃燒相比主要有下列優點。
（1）無火焰燃燒，安全（quán）性好，淨化率大於95%。
（2）對可燃組分濃度和熱（rè）值限（xiàn）製較小，起燃溫度（dù）低，能耗少，運轉費用低。
（3）適（shì）應氧濃度範圍（wéi）大，燃燒緩和操作管理方便。
（4）起燃溫度低，很大程度抑製了空氣中N 2高溫燃燒（shāo）形成（chéng）熱力型NO x。同時，選擇性催化作用（yòng），限製燃料中含氮化合物（RNH）的氧（yǎng）化過程，使其多數形成氮氣（N 2），減少（shǎo）了二次汙染。
（5）催（cuī）化燃燒（shāo）幾乎可以處理所有烴類和（hé）惡臭氣體（tǐ）等成分複雜的各種有機廢氣，適（shì）用範圍廣（guǎng）。對（duì）於有機化工、塗料、絕緣材料等行業排（pái）放的低濃度、多組分，沒有回收（shōu）價值的（de）有機廢氣均有較好處理效果。
缺點是工藝條件要（yào）求嚴格，廢氣不（bú）應含催化劑毒物或影響其（qí）壽命和淨化效（xiào）率的塵粒、霧滴。因此，采用（yòng）催化燃燒技術須對有機廢氣進行前處理。其次（cì），為防止催化劑中毒，不適用於燃燒過程中產生大量硫氧化物和氮氧化物廢氣的處（chù）理。
 
02
 
催化劑的組成和活（huó）性
2.1 催化劑及載體
催化劑通常都（dōu）是由活（huó）性成（chéng）分、助劑和載體等組成，催化反（fǎn）應的活性（xìng）組分負載（zǎi）在較大比表麵積（jī）的載體上，在催化（huà）反應中，載（zǎi）體的作用除了負載分（fèn）散活性組分外，還可以增加催化劑的穩（wěn）定性、選擇（zé）性和活（huó）性等。所以，催化劑（jì）的活性不僅依賴於催化劑活（huó）性組分的分布，還依賴於載（zǎi）體顆粒大小和化（huà）學狀態，即催化劑載體對催化效果和壽命有很大的影響。催化劑活性成分可分為貴金屬、非貴金屬氧化物：貴金屬Pt、Pd是（shì）低溫催化燃燒常（cháng）用（yòng）的催化劑，其優點是具（jù）有較高的催化（huà）活性、良好的抗毒性，缺點是活性組分容易揮發和燒結，其次是價格昂貴；非貴金屬（shǔ）催化劑主要有過渡金屬銅（tóng）、錳、鉻等的氧化物以及鈣（gài）鈦（tài）礦型複合氧化物催化劑，價格相對較低，耐高溫熱穩定性較好（hǎo），不足之處是催化活性相對較低，起燃溫度要求較高。
2.2 催化劑中毒及防治催化劑中毒（dú）主要有三種類型
（1）催化劑完全中毒。毒物與催化劑活性中心（xīn）生（shēng）成了結合力很強的物質，不能用一般方法將它（tā）去除或根本無法去除（chú）。
（2）抑（yì）製（zhì）催化反應。
鹵（lǔ）素和硫的化合物易與活性中心結合，此作用是可逆的。
（3）沉（chén）積覆蓋活性中心（xīn）。燃燒所致碳沉積、陶（táo）瓷粉塵和其他顆粒物堵（dǔ）塞活性中（zhōng）心，影響催化劑吸附能力，使其活性下（xià）降。
減少催（cuī）化劑（jì）活性的（de）衰減措施如（rú）下：按操作規程精準地控製反應條件（jiàn）；對廢氣進行預處理，防止（zhǐ）催化劑中毒；當催化劑表麵結碳（tàn）時，吹入過量空氣並提高燃燒溫度，去除表麵結碳；改進催化劑製（zhì）備（bèi）工藝，提高催化劑耐熱性和抗（kàng）毒能力。
 
03
 
催化燃燒（shāo）工藝流程
根據廢（fèi）氣預熱方式及富集方式（shì），催化燃燒工藝流程可分為預熱式、自然熱平衡和吸附-催化燃燒（shāo）三種。
3.1 預熱式
當有機廢氣溫度和濃（nóng）度較低，在進入反應器前需要在預熱室加（jiā）熱升溫，燃燒淨化後氣體在熱交換器內與未處理廢氣進行熱交換，以回收部分（fèn）熱量。
3.2 自身熱平衡（héng）式
當有機廢氣溫度高於起（qǐ）燃（rán）溫度並且有機物含量較（jiào）高，熱交換器回收（shōu）部分熱量，在正常操作下能夠維持熱平衡，不需（xū）補充熱量（liàng）。
3.3 吸（xī）附（fù）-催（cuī）化燃燒
當有機廢氣氣（qì）體流量大、濃度（dù）低、溫度低，采用催化燃燒還需耗大量燃料時（shí），可先（xiān）采用吸（xī）附手段將有機廢氣吸（xī）附於吸附劑上進行濃縮，然後（hòu）再經熱空氣吹掃，使有機廢氣脫附出來（lái），變成濃縮的高濃度有機廢氣，再進行催化燃燒。有（yǒu）機廢氣中反應物先向催化劑表麵擴散、吸附；被吸附的（de）反（fǎn）應物與氧氣在催化（huà）劑表麵化學鍵重新組合－發生化學反應；後，生成（chéng）物由催化劑表麵脫附，離開催化劑表麵（miàn）向（xiàng）周圍介質擴散。當濃縮有機（jī）廢氣實現自身熱平（píng）衡運轉時，無需外界補充熱源（yuán）。
 
04
 
有機廢氣（qì）催化燃燒技術進展（zhǎn）
4.1 催化燃燒在汽車尾氣淨化方麵的應用
汽車尾氣催化淨化是將排（pái）氣管（guǎn）CO、CH和NO x借（jiè）助汽車尾部安（ān）裝的催化轉化器，發生催（cuī）化反應轉化為CO 2、H 2 O和N 2，此催化劑為三元催化劑。為防止（zhǐ）催（cuī）化劑中毒，必須使用硫、鉛含量低的燃油。在大量過剩氧氣的（de）存在下，具備原位NO x 還（hái）原能力催化劑的發展，可實現汽車發動機節約（yuē）燃（rán）油（yóu）25%。隨著新材料的應用以及（jí）低硫（liú）含量汽（qì）油的推廣，催化燃燒技（jì）術市場前景廣闊。
4.2 催化燃燒在處理二噁英氣體方（fāng）麵的應用
催化燃燒技術用於處理二噁英氣體，在（zài）240℃-260℃和8000r?h －1 的轉速下，二噁英的去（qù）除率達到99%，二噁英濃度可（kě）降至0.1ng/m 3 以下。廢氣中多氯聯苯並（bìng）呋喃等二（èr）噁英（yīng）前驅（qū）物質（zhì）基本完全分解，氮（dàn）氧化物發生選擇性催化還原（yuán）反應（yīng），生成（chéng）無害的氮氣。
4.3 催化燃（rán）燒在處理工業有機廢氣方（fāng）麵的應用
石油化工、油漆、塗料、輪胎製（zhì）造等工業生產過程中都涉及到有機揮發化合物的使用和排放。這（zhè）些揮發性有機物（VOCs）如不經處理（lǐ）直排大氣，會對環境造成嚴重的（de）汙染。催化燃燒淨化處理技術，將有機物分子在催化劑表麵作用發生深度氧化轉化為無害的二（èr）氧化碳和水。催化燃燒（shāo）技術已由試驗轉入（rù）工程（chéng）實踐階段，並逐漸應用（yòng）於石油化工、農藥、印刷、塗料等行業有（yǒu）機廢（fèi）氣淨化處理。
 
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結語
催化燃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染物性能分析等多方麵。所以結合（hé）實際應用中工（gōng）藝（yì）條（tiáo）件（jiàn）和（hé）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、比表麵積大及低起（qǐ）燃點的非（fēi）貴金屬催化劑，以降低工藝（yì）造價和運行（háng）費用；催化燃燒裝置向大型化、整（zhěng）體型和節能型方（fāng）向發（fā）展是應用（yòng）領域將來研究的重（chóng）點。