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廢氣處理方法—— 活性炭吸附+催化燃燒法
燃燒過程
催化燃燒過程是在催化燃燒裝置中進行的。有機廢氣先通過熱交換器預熱到200~400℃,再進入燃燒室,通過催化劑床時,碳氫化合物的分子和混合氣體中的 氧分子分別被吸附在催化劑的表麵而活化。由於表麵吸附降低了反應的活化能,碳氫化合物與氧分子在較低的溫度下迅速氧化,產生二氧化碳和水。
催化劑
催化燃燒反應的關鍵是選擇合適的催化劑。對催化劑的要求是:活性高,特別要低溫活性好,以便在盡可能低的溫度下開始反應。燃燒反應是放熱反應,釋放出大量 的熱可使催化劑的表麵達到 500~1000℃的高溫,而催化劑容易因熔融而降低活性,所以要求催化劑能耐高溫。
作催化燃燒用的催化劑可分為:
①貴金屬類:鉑、鈀、釕等。貴金屬催化劑有很高的氧化活性和易回收等優點,雖然存在著資源稀少、價格昂貴和耐中毒性差等缺點,但仍然是世界各國采用的主要催化劑。
②非貴金屬類:主要是過渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物。單組分的氧化物,如氧化銅(CuO)和氧化鎳(NiO)等。單組分氧化物耐熱性差,活性 低,致使應用受到限製。以後改用兩種以上的金屬氧化物的混合物,如二氧化錳-氧化銅 (3:2)的複合物,三氧化二鐵-三氧化二鉻複合物,氧化銅-三氧化二鉻複合物,鈷、錳的尖晶石型複合物,銅、錳、鎳、鋅的鉻酸鹽等。複合氧化物雖可改善 某些催化性能,但氧化活性仍不及貴金屬。此外,還有金屬硫化物如釷、鎳、鉬、鈷的硫化物。這類催化劑一般隻適用於含硫的碳氫化合物的催化燃燒,使用溫度限 於300~400℃,高溫時易分解。
催化劑的活性物質
一般都塗在載體上,所以它的形狀也依載體而異。載體有γ-Al2O3製成的球體、圓柱體和各種異形體,有用表麵覆蓋活性氧化鋁薄膜的多孔陶瓷蜂窩體,也有 用耐熱合金絲製成的膨體球和金屬波紋板等。載體可減少催化劑的用量,起支撐作用。它應具有比表麵積大、耐高溫、機械強度大和流體阻力小等特性。
反應的難易程度
不同的碳氫化合物通過催化劑時反應的難易程度也不相同。難度大小一般按下列順序排列:側鏈>直鏈;炔烴>烯烴>烷烴;Cn>…>C3>C2>C1;脂肪族>脂環族>芳香族。
相同的碳氫化合物通過不同的催化劑時反應的難易程度也有差別。難度大小一般按下列順序排列:
甲烷:Pd>Pt>Co3O4>PdO>Cr2O3>Mn2O3>CuO>CeO2>Fe2O3>V2O5>NiO>MoO3>TiO2
乙烯:Pd>Pt>Co3O4>Cr2O3>Ag2O>Mn2O3>CuO>NiO>V2O5>CdO>Fe2O3>MoO3>WO>TiO>ZnO
丙烷:Pt>Pd>Ag2O>Co3O4>CuO>MnO2>Cr2O3>CdO>V2O5>Fe2O3>NiO>>CeO2>Al2O3>ThO2
異戊二烯:Pd>Pt>>MnO2>Co3O4>Cr2O3>CeO2>NiO>Fe2O3
處理不同的工業有機廢氣應當根據上述排列順序選擇適當的催化劑。
催化燃燒法的優點
①可以降低有機廢氣的起始燃燒溫度。例如甲醇、甲醛在以氧化鋁為載體的Pt催化劑(Pt/Al2O3)的作用下,室溫下就開始燃燒,而直接燃燒法起始燃燒點通常為300~600℃。
②燃燒不受碳氫化合物濃度的限製。
③基本上不會造成二次汙染。
④設備較簡單,投資少,見效快。
催化燃燒法存在的主要問題:
催化劑易中毒和不耐高溫。易使催化劑中毒的物質有焦油、油煙、粉塵、鉛化合物和硫、磷、鹵族元素的化合物等。為了保持催化劑的活性,一般都采用前處理的辦法,預先除掉有毒物質。