環評工程師：催化燃燒有機廢氣
發布時間：2010-01-14 共2頁
有機廢氣是石油化工、輕工、塑料、印刷、涂料等行業排放的常見污染物，有機廢氣中常含有烴類化合物（芳烴、烷烴、烯烴）、含氧有機化合物（醇、酮、有機酸等）、含氮、硫、鹵素及含磷有機化合物等。如對這些廢氣不加處理，直接排入氣將會對環境造成嚴重污染，危害人體健康。傳統的有機廢氣凈化方法包括吸附法、冷凝法和直接燃燒法等，這些方法常有易產生二次污染、能耗、易受有機廢氣濃度和溫度限制等缺點。而新興的催化燃燒技術已由實驗階段走向工程實踐，并逐漸應用于石油化工、農藥、印刷、涂料、電線加工等行業。
1.催化燃燒的基本原理
催化燃燒是典型的氣-固相催化反應，其實質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，同時催化劑表面具有吸附作用，使反應物分子富集于表面提高了反應速率，加快了反應的進行。借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下，發生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出量熱能，其反應過程為：
2.催化燃燒的特點及經濟性
2.1.催化燃燒的特點
2.1.1.起燃溫度低，節省能源有機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。在某些情況下，達到起燃溫度后便無需外界供熱。把環評工程師站點加入收藏夾
2.1.2.適用范圍廣催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機廢氣及惡臭氣體，即它適用于濃度范圍廣、成分復雜的各種有機廢氣處理。對于有機化工、涂料、絕緣材料等行業排放的低濃度、多成分，又沒有回收價值的廢氣，采用吸附-催化燃燒法的處理效果更好。
2.1.3.處理效率高，無二次污染用催化燃燒法處理有機廢氣的凈化率一般都在95%以上，最終產物為無害的CO2和H2O（雜原子有機化合物還有其他燃燒產物），因此無二次污染問題。此外，由于溫度低，能量減少NOX的生成。
2.2.催化燃燒的經濟性影響催化燃燒法經濟效益的主要因素有：催化劑性能和成本；廢氣中的有機物濃度；熱量回收效率；經營管理和操作水平。催化燃燒雖然不能回收有用的產品，但可以回收利用催化燃燒的反應熱，節省能源，降低處理成本，在經濟上是合理可行的。
3.催化劑及燃燒動力學
3.1.催化劑的主要性能指標在空速較高，溫度較低的條件下，有機廢氣的燃燒反應轉化率接近100%，表明該催化劑的活性較高[9].催化劑的活性分誘導活化、穩定、衰老失活3個階段，有一定的使用限期，工業上實用催化劑的壽命一般在2年以上。使用期的長短與最佳活性結構的穩定性有關，而穩定性取決于耐熱、抗毒的能力。對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。有機廢氣的催化燃燒一般不會在很嚴格的操作條件下進行，這是由于廢氣的濃度、流量、成分等往往不穩定，因此要求催化劑具有較寬的操作條件適應性。催化燃燒工藝的操作空速較，氣流對催化劑的沖擊力較強，同時由于床層溫度會升降，造成熱脹冷縮，易使催化劑載體破裂，因而催化劑要具有較的機械強度和良好的抗熱脹冷縮性能。
3.2.催化劑種類目前催化劑的種類已相當多，按活性成分體可分3類。
3.2.1.貴金屬催化劑鉑、鈀、釕等貴金屬對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，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。
3.2.2.過渡金屬氫化物催化劑作為取代貴金屬催化劑，采用氧化性較強的過渡金屬氧化物，對甲烷等烴類和一氧化碳亦具有較高的活性，同時降低了催化劑的成本，常見的有MnOx、COOx和CuOx等催化劑。連理工學研制的含MnO2催化劑，在130℃及空速13000h-1的條件下能消除甲醇蒸氣，對乙醛、丙酮、苯蒸氣的清除也很有效果。
3.2.3.復氧化物催化劑一般認為，復氧化物之間由于存在結構或電子調變等相互作用，活性比相應的單一氧化物要高。主要有以下兩類：
（1）鈣鈦礦型復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合氧化物，通式為ABO3，其活性明顯優于相應的單一氧化物。結構中一般A為四面體型結構，B為八面體形結構，這樣A和B形成交替立體結構，易于取代而產生品格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高活性的氧化中心，從而實現深度氧化反應。常見的有幾類如：BaCuO2、LaMnO3等。
（2）尖晶石型復氧化物作為復氧化物重要的一種結構類型，以AB2X4表示。尖晶石亦具有優良的深度氧化催化活性，如對CO的催化燃燒起燃點落在低溫區（約80℃），對烴類亦在低溫區可實現完全氧化。其中研究最為活躍的CuMn2O4尖晶石，對芳烴的活性尤為出色，如使甲苯完全燃燒只需260℃，實現低溫催化燃燒，具有特別實際意義。
1.催化燃燒的基本原理
催化燃燒是典型的氣-固相催化反應，其實質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，同時催化劑表面具有吸附作用，使反應物分子富集于表面提高了反應速率，加快了反應的進行。借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下，發生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出量熱能，其反應過程為：
2.催化燃燒的特點及經濟性
2.1.催化燃燒的特點
2.1.1.起燃溫度低，節省能源有機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。在某些情況下，達到起燃溫度后便無需外界供熱。把環評工程師站點加入收藏夾
2.1.2.適用范圍廣催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機廢氣及惡臭氣體，即它適用于濃度范圍廣、成分復雜的各種有機廢氣處理。對于有機化工、涂料、絕緣材料等行業排放的低濃度、多成分，又沒有回收價值的廢氣，采用吸附-催化燃燒法的處理效果更好。
2.1.3.處理效率高，無二次污染用催化燃燒法處理有機廢氣的凈化率一般都在95%以上，最終產物為無害的CO2和H2O（雜原子有機化合物還有其他燃燒產物），因此無二次污染問題。此外，由于溫度低，能量減少NOX的生成。
2.2.催化燃燒的經濟性影響催化燃燒法經濟效益的主要因素有：催化劑性能和成本；廢氣中的有機物濃度；熱量回收效率；經營管理和操作水平。催化燃燒雖然不能回收有用的產品，但可以回收利用催化燃燒的反應熱，節省能源，降低處理成本，在經濟上是合理可行的。
3.催化劑及燃燒動力學
3.1.催化劑的主要性能指標在空速較高，溫度較低的條件下，有機廢氣的燃燒反應轉化率接近100%，表明該催化劑的活性較高[9].催化劑的活性分誘導活化、穩定、衰老失活3個階段，有一定的使用限期，工業上實用催化劑的壽命一般在2年以上。使用期的長短與最佳活性結構的穩定性有關，而穩定性取決于耐熱、抗毒的能力。對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。有機廢氣的催化燃燒一般不會在很嚴格的操作條件下進行，這是由于廢氣的濃度、流量、成分等往往不穩定，因此要求催化劑具有較寬的操作條件適應性。催化燃燒工藝的操作空速較，氣流對催化劑的沖擊力較強，同時由于床層溫度會升降，造成熱脹冷縮，易使催化劑載體破裂，因而催化劑要具有較的機械強度和良好的抗熱脹冷縮性能。
3.2.催化劑種類目前催化劑的種類已相當多，按活性成分體可分3類。
3.2.1.貴金屬催化劑鉑、鈀、釕等貴金屬對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，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。
3.2.2.過渡金屬氫化物催化劑作為取代貴金屬催化劑，采用氧化性較強的過渡金屬氧化物，對甲烷等烴類和一氧化碳亦具有較高的活性，同時降低了催化劑的成本，常見的有MnOx、COOx和CuOx等催化劑。連理工學研制的含MnO2催化劑，在130℃及空速13000h-1的條件下能消除甲醇蒸氣，對乙醛、丙酮、苯蒸氣的清除也很有效果。
3.2.3.復氧化物催化劑一般認為，復氧化物之間由于存在結構或電子調變等相互作用，活性比相應的單一氧化物要高。主要有以下兩類：
（1）鈣鈦礦型復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合氧化物，通式為ABO3，其活性明顯優于相應的單一氧化物。結構中一般A為四面體型結構，B為八面體形結構，這樣A和B形成交替立體結構，易于取代而產生品格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高活性的氧化中心，從而實現深度氧化反應。常見的有幾類如：BaCuO2、LaMnO3等。
（2）尖晶石型復氧化物作為復氧化物重要的一種結構類型，以AB2X4表示。尖晶石亦具有優良的深度氧化催化活性，如對CO的催化燃燒起燃點落在低溫區（約80℃），對烴類亦在低溫區可實現完全氧化。其中研究最為活躍的CuMn2O4尖晶石，對芳烴的活性尤為出色，如使甲苯完全燃燒只需260℃，實現低溫催化燃燒，具有特別實際意義。
