催化氧化法始于20世紀40年代,主要用于工業(yè)惡臭廢氣處理和裝置的能量回收。由于催化氧化技術(shù)具有高效、節能、環(huán)保、產(chǎn)物易于控制等優(yōu)點(diǎn),目前已成為凈化可燃性含碳氫化合物和惡臭氣體的有效手段。
催化氧化技術(shù)已成功應用于化工噴涂、漆包線(xiàn)、印刷、煉焦、絕緣材料等眾多行業(yè)的揮發(fā)性有機污染物廢氣凈化。催化氧化技術(shù)是典型的氣-固相催化過(guò)程,反應中揮發(fā)性有機廢氣在催化劑的作用下發(fā)生完全氧化反應。催化劑的作用是降低反應的活化能,同時(shí)使反應物分子富集于催化劑表面,提高反應速率,借助催化劑可以使有機廢氣在較低的起燃溫度下發(fā)生無(wú)火焰燃燒,并氧化為CO2和H2O,同時(shí)放出大量的熱。催化氧化法的凈化效率通常在95%以上,其主要工藝流程如圖2-1所示。
當有機廢氣量較大時(shí),工程上一般將換熱器、燃燒室和催化床分別設計成獨立設備(分建式),相互間用管路連接;當有機廢氣量較小時(shí),預熱器、燃燒室和催化床安裝在同一個(gè)設備中(組合式)。
待處理廢氣一般借助催化燃燒后的凈化氣預熱,當有機廢氣溫度較低,且經(jīng)過(guò)預熱后仍不能達到催化燃燒溫度時(shí),多數情況下是利用輔助燃料燃燒產(chǎn)生高溫燃氣與廢氣均勻混合升溫,大部分碳氫化合物可在500℃以?xún)韧ㄟ^(guò)催化劑床層迅速氧化[式(2-1)]。催化氧化的實(shí)質(zhì)是活性氧參與的劇烈氧化反應,催化劑活性組分將空氣氧活化,當與反應物分子接觸時(shí)發(fā)生能量傳遞,反應物分子被活化,從而加速氧化反應的進(jìn)行。根據不同氧化階段的氧化溫度不同,催化氧化大致可以分為以下三個(gè)階段:
①低溫階段,反應為內表面反應動(dòng)力學(xué)控制;
②中間階段,反應速率受到擴散過(guò)程控制;
③高溫階段,催化活性對整個(gè)反應過(guò)程的控制變得尤為明顯。
無(wú)火焰催化氧化技術(shù)是VOCs治理行業(yè)中應用*為廣泛的方法之一,其具有以下優(yōu)點(diǎn):
①起燃溫度低,能量消耗少。催化氧化起燃溫度通常為250~500℃,能耗較少。由于反應溫度降低,允許使用標準材料來(lái)代替昂貴的特殊材料,大大降低了設備費用和操作成本。
②應用范圍廣。催化氧化適用于濃度范圍廣、成分復雜的各種有機廢氣處理。目前催化氧化技術(shù)已成功地應用于金屬漆包線(xiàn)、絕緣材料、印刷等生產(chǎn)過(guò)程中排放的有機廢氣處理,由于廢氣溫度和有機物濃度較高,催化氧化能實(shí)現自身熱平衡和部分熱量再利用,因此具有較好的經(jīng)濟效益。
③設備簡(jiǎn)單,易升級改造。由于催化反應在催化劑表面進(jìn)行,提高了體積燃燒速率,燃燒鍋爐可以小型化。當前,大部分燃燒設備采用的都是非催化燃燒,將現有的均相燃燒改革為催化燃燒只要將現有設備進(jìn)行簡(jiǎn)單升級改造即可實(shí)現,滿(mǎn)足達標排放的要求。
④凈化效率高,二次污染少。用深度催化氧化法處理有機廢氣的凈化效率一般都在95%以上,且*終產(chǎn)物為無(wú)污染的CO2和H2O,因此較少出現二次污染問(wèn)題,且氧化氣氛緩和,運轉費用低,操作管理方便。此外,由于反應溫度低,深度催化氧化能很好地控制熱力型NOx的生成。
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