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催化燃烧设备设计时应考虑哪些问题

发布时间:2020-06-15发布者:BACKUPDATA

催化燃烧设备分别是直接燃烧和催化氧化燃烧。直接燃烧法是指当燃烧气体的同时,通过氧化及高温下的热分解的方法,将燃烧室中有害的VOCs进行降解,将有害的VOCs气体输入到燃烧室后,当高温、充足空气等客观因素条件完善的前提下,将有害废气充分燃烧,终使其分解成CO2和H2O。而直接燃烧法就是燃烧可燃的这一类VOCs废气,该方法在处理高浓度VOCs废气方面,表现出的效果较佳,但相应的对温度的控制要求很高,在高温的条件下,当温度在1100℃附近,去除效率可达95%以上,但是如果当废气中含有Cl、S、N等元素时,则直接燃烧法会产生HCl、SOx、NOx等有害气体,造成二次污染。

催化燃烧技术是近几十年在大力倡导环保与节能趋势下而发展的一门新型技术。催化燃烧法是使用不同种类的催化剂,利用其可以降低反应活化能的原理,使VOCs在温度比较低的情况下,将其氧化为CO2和H2O,一般当温度控制在300℃~450℃的范围内,绝大部分碳氢化合物可在被其氧化,并且去除率高达95%以上,但是催化剂有的使用寿命,且在催化剂的使用过程中,废气的湿度和种类对催化剂的催化氧化效果有很关键的影响,如果废气中出现其他物质,很可能会引发催化剂的中毒,故的催化剂应具备高活化能力、高热稳定能力和水热稳定能力等特点,目前应用比较多的金属氧化物催化剂有Pd、Pt、Rh、Au、Mn、Co、Ce,而其中Pd、Pt、Rh、Au为贵金属。然而贵金属有价格昂贵、且易烧结等缺点,因而开发新型复合型催化剂是未来的方向。

催化燃烧设备废气处理过程主要包括三部分吸附气体过程、脱附气体过程,催化燃烧过程。

1、吸附气体流程利用活性炭的物理特性对VOC有机废气进行吸附,且蜂窝状活性炭比表面积大、吸附能力强特性,将有机废气吸附到活性炭的微孔中,从而使气体得以净化,净化后的气体再通过风机排空。

2、脱附气体流程当活性炭微孔吸附饱和时,将不能再进行吸附,此时利用催化床产生的高温热风对活性炭进行脱附,活性炭微孔中的有机物遇高温后自动脱离活性炭,使活性炭。

3、脱附下来的有机物已被浓缩(浓度较原来提高几十倍)并被送入催化燃烧室进行催化燃烧,在催化剂上在250~300℃进行催化氧化,使其转化为无害的CO2和H2O排出,当有机废气浓度达到2000PPm以上时,有机废气在催化床可维持自燃,不用另外再行加热,燃烧后的尾气一部份直接排到大气,大部份热气流被再次循环送往吸附床,用于对活性炭的脱附。这样既能满足燃烧和脱附所需热能,又能达到节能的目的,后的活性炭可用于下次吸附。

该设备可采用双气路连续工作,工作量较大时设两个吸附床交替切换使用,一个催化燃烧室,先将有机废气经其中一个活性炭吸附床对气流中的废气进行吸附,当活性炭快达到饱和时吸附床两端的密闭阀门同时关闭,即停止吸附工作,同时另一台吸附床自动打开开始接替吸附工作。如此以来两台吸附床切换运行可实现大工作量的连续工作,有时为了增加催化燃烧设备的使用寿命,可以在催化燃烧设备之前加设一台预处理设备,例如喷淋塔、干式过滤器或者除尘器,这些设备可以过滤废气中的颗粒物及粘性成分。

催化剂是催化燃烧法的核心,一种好的催化剂具备催化活性高、热稳定性好、强度高、寿命长等特性。

1、活性高。催化剂的活性好坏直接影响催化燃烧的化学转化率。而转化率不仅与催化活性材料自身的活性有关,而且与催化载体的物理形状有着直接关系。所以,在选择适应的催化活性材料的同时,还考虑催化载体的物理形状,催化剂有较高的活性,达到催化燃烧净化的目的。

2、热稳定性好。由于废气的温度随时变化,如果催化剂不能适应范围内的温度变化,催化剂的性能就会下降,净化效率就会降低。因此,催化剂具备适应范围内的温度变化。

3、强度高。在催化燃烧过程中,催化剂往往会因高温、振动和气流等因素的作用,使催化剂产生破裂和磨损,破裂和磨损会造成催化剂的活性降低,增加催化剂床层的压降,影响净化效果。

4、寿命长。催化活性材料大都比较昂贵,所以,设计时选用催化剂时应尽量使用寿命较长的催化剂。

催化燃烧设备设计时应考虑以下几方面问题:

1、气流和温度均匀分布。要使通过催化剂表面的气流和温度分布均匀,火焰不直接接触催化剂表面,燃烧室具有足够的长度和空间。催化燃烧装置应具有良好的保温效果。炉体一般用钢结构的外壳内衬耐火材料,或用双层夹墙结构。

2、便于清洗和换。催化剂反应器一般应设计成装卸方便的模屉结构,便于清洗和换催化剂载体。

3、辅助燃料和助燃。催化燃烧一般采用气作辅助燃料,也可用燃料油、电加热等作辅助燃料。助燃一般用净化后的气体,如果净化后的气体不能作为助燃,则应引入空气助燃。

4、较高的转化速度。由于催化燃烧为不可逆的放热反应,所以,无论反应进行到什么阶段,都应在尽可能高的温度下进行,以获得较高的转化速度。但操作温度往往受某些条件的限制,如催化剂的耐热温度、高温材料的获得,热能的供应,以及是否伴有副反应等。因而实际生产中应根据实际情况恰当地选择。


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