催化燃燒廢氣處理設(shè)備的基本原理及催化劑的種類

一、 催化燃燒廢氣處理設(shè)備的基本原理   催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑的作用是降低活化能，同時(shí)催化劑表面具有吸附作用，使反應(yīng)物分子富集于表面提高了反應(yīng)速率，加快了反應(yīng)的進(jìn)行。借助催化劑可使有機(jī)廢氣在較低的起燃溫度條件下，發(fā)生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時(shí)放出大量熱能。

二、催化燃燒的特點(diǎn)：起燃溫度低，節(jié)省能源   

有機(jī)廢氣催化燃燒與直接燃燒相比，具有起燃溫度低，能耗也小的顯著特點(diǎn)。在某些情況下，達(dá)到起燃溫度后便無需外界供熱。

催化劑及燃燒動(dòng)力學(xué)

   催化劑的主要性能指標(biāo) 

在空速較高，溫度較低的條件下，有機(jī)廢氣的燃燒反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近100%，表明該催化劑的活性較高。催化劑的活性分誘導(dǎo)活化、穩(wěn)定、衰老失活3個(gè)階段，有一定的使用限期，工業(yè)上實(shí)用催化劑的壽命一般在2年以上。使用期的長(zhǎng)短與活性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)，而穩(wěn)定性取決于耐熱、抗毒的能力。對(duì)催化燃燒所用催化劑則要求具有較高的耐熱和抗毒的性能。有機(jī)廢氣的催化燃燒一般不會(huì)在很嚴(yán)格的操作條件下進(jìn)行，這是由于廢氣的濃度、流量、成分等往往不穩(wěn)定，因此要求催化劑具有較寬的操作條件適應(yīng)性。催化燃燒工藝的操作空速較大，氣流對(duì)催化劑的沖擊力較強(qiáng)，同時(shí)由于床層溫度會(huì)升降，造成熱脹冷縮，易使催化劑載體破裂，因而催化劑要具有較大的機(jī)械強(qiáng)度和良好的抗熱脹冷縮性能。 

 催化劑種類   

目前催化劑的種類已相當(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(duì)烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用壽命長(zhǎng)，適用范圍廣，易于回收，因而是最常用的廢氣燃燒催化劑。如我國最早采用的Pt-Al2O3催化劑就屬于此類催化劑。但由于其資源稀少，價(jià)格昂貴，耐中毒性差，人們一直努力尋找替代品或盡量減少其用量。

 2、過渡金屬氫化物催化劑   

作為取代貴金屬催化劑，采用氧化性較強(qiáng)的過渡金屬氧化物，對(duì)甲烷等烴類和一氧化碳亦具有較高的活性，同時(shí)降低了催化劑的成本，常見的有MnOx、CoOx和CuOx等催化劑。大連理工大學(xué)研制的含MnO2催化劑，在130℃及空速13000h-1的條件下能消除甲醇蒸氣，對(duì)乙醛、丙酮、苯蒸氣的清除也很有效果。

1、復(fù)氧化物催化劑   一般認(rèn)為，復(fù)氧化物之間由于存在結(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。

主要有以下兩大類： （1）鈣鈦礦型復(fù)氧化物   稀土與過渡金屬氧化物在一定條件下可以形成具有天然鈣鈦礦型的復(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形成交替立體結(jié)構(gòu)，易于取代而產(chǎn)生品格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高活性的氧化中心，從而實(shí)現(xiàn)深度氧化反應(yīng)。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.尖晶石亦具有優(yōu)良的深度氧化催化活性，如對(duì)CO的催化燃燒起燃點(diǎn)落在低溫區(qū)（約80℃），對(duì)烴類亦在低溫區(qū)可實(shí)現(xiàn)完全氧化.其中研究最為活躍的CuMn2O4尖晶石，對(duì)芳烴的活性尤為出色，如使甲苯完全燃燒只需260℃，實(shí)現(xiàn)低溫催化燃燒，具有特別實(shí)際意義。