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有機(jī)廢氣的催化氧化,是消除排放廢氣中有害物質(zhì)的一種有效方法。采用催化劑可以降低氧化反應(yīng)的活化能,同時(shí)還可提高反應(yīng)速率。一般熱力氧化的反應(yīng)溫度為800~850℃;這樣,相對(duì)于熱力氧化而言,有機(jī)廢氣的催化燃燒過(guò)程就可能在較低的溫度水平下進(jìn)行(約200~450℃),從而降低了廢氣凈化裝置的投資和操作費(fèi)用,以及減少燃燒過(guò)程中輔助燃料的消耗和氮氧化合物的排放。此外,對(duì)于一定的催化系統(tǒng),低的操作溫度也降低了所需的定留時(shí)間。例如,當(dāng)凈化率達(dá)到99%時(shí),催化反應(yīng)所需定留時(shí)間大約為0.255;而熱力氧化需要0.75~1s。
對(duì)于廢氣中含C、H、N和O的有機(jī)化合物情況下,當(dāng)采用合適的催化劑和工藝方法時(shí),廢氣經(jīng)氧化反應(yīng)后,其反應(yīng)產(chǎn)物僅為CO2、H2O和N2。廢氣催化燃燒中,毫無(wú)例外都用固體催化劑,即屬于非均相催化反應(yīng)。有機(jī)廢氣的催化氧化,通常主要采用載體催化劑,即將具有催化活性的組分沉積、浸漬或涂在陶瓷或金屬的載體上。只有在個(gè)別情況下才用完全由活性組分做成的催化劑。催化劑的負(fù)荷常用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空速表示。VOC催化氧化過(guò)程所需的催化劑用量取決于空速的大小。空速愈高,則表示催化劑的反應(yīng)能力愈大,從而為達(dá)到VOC一定的脫除率所需催化劑容積就小。如果廢氣中所含VOC是多組分混合物,則空速應(yīng)該按最難氧化的組分來(lái)選取,通常由試驗(yàn)確定。對(duì)一定應(yīng)用目的所要求催化劑的量,可以通過(guò)審慎地選擇空速、載體類型、孔密度和催化劑的成型來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。
對(duì)于有機(jī)廢氣的催化燃燒來(lái)講,空速一般在5000~2000Nm3/(h?m3)之間。廢氣催化燃燒VOC的凈化率可達(dá)98%,甚至更高。凈化率99%也是可以達(dá)到的,但由于要求提高溫度和增加催化劑容積,使得在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上難以實(shí)現(xiàn)。VOC的凈化率是與許多因素有關(guān),諸如:催化劑類型、比表面積、VOC的種類、濃度、停留時(shí)間、氣流的混合狀況、氣流通過(guò)催化劑床層的均勻性、氧濃度和反應(yīng)溫度等。廢氣催化凈化方法成效與否,關(guān)鍵是要有足夠的工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和中間試驗(yàn)結(jié)果,以及選擇活性好的和穩(wěn)定的催化劑。
目前,有機(jī)廢氣催化燃燒凈化裝置大都采用直通式的陶瓷蜂窩填料作為載體催化劑,這樣壓降可以低些。除此以外也有用顆粒催化劑或涂催化劑的金屬網(wǎng)。
有機(jī)廢氣催化凈化裝置的類型很多。在凈化VOC廢氣領(lǐng)域內(nèi),常按熱量是否回收,以及熱量回收的方式來(lái)區(qū)分。
①無(wú)熱量回收的催化氧化器,也稱催化焚燒爐(Catalytic Oxidizer或Catalyt ic Incinerator)
②帶間壁式換熱器的催化氧化器(Catalytic Recuperative Oxidizer);
③蓄熱式催化氧化器(Regenerative Catalytic Oxidizer,RCO),其結(jié)構(gòu)類型
當(dāng)然也可從反應(yīng)器類型來(lái)區(qū)分,例如:固定床催化氧化器,流化床催化氧化器和旋轉(zhuǎn)式催化氧化器等。
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