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蓄热式催化燃烧使用说明

2020-12-05 10:22:38

针对金属涂装行业烘干室产生的苯类,酮类等废气,我司 经过大量调研,研究出催化燃烧产品。

该设备主要是利用烘干室排 出的高热量废气进入催化燃烧装置的催化床,对催化床里的催化剂 进行加热,辅助少量的电加热,使排出烘干室的高温废气进行裂解, 而后形成氮氧化物和水。 

经过催化净化后的气体一部分排入大气,还有一部分高温气体 送到热交换器,进行热能综合利用。 催化燃烧法是把废气加 热到 150~300℃时,在催化剂的作用下进行的无火焰燃烧法。温度 150~200℃时氧化与不氧化共存,氧化占 60%,其 余为不氧化,在 250~300℃时氧化占 90%~95%300℃以 上达到 95%~99%。 

本装置还有以下几个特点:

1. 设备电加热功率分二组或三组,通过温控仪来实现电加热系 统的自动开启及关闭。利用燃烧室排出的 200oC 以上的气体来加热 催化床,从而达到省电的功效。 

2. 净化后的气体又部分通过热交换器,从而达到节约能源的目 的。

3. 催化燃烧采用的是无火焰燃烧,它跟普通的明火燃烧有着本 质的区别,它的原理在于将废气通过催化剂的作用,改变气体 的裂解反应时间和速度。 

4. 设备装有除尘阻火器,防止油类及可燃性颗粒物产生明火燃 烧,从而设备正常运转。

5.通过大量工程实践,催化燃烧装置新一代产 品,该装置的技术核心是采用红外线加热来取代原电加热。它的原 理在于:它与传统电加热催化燃烧装置比,能节省 80%的电费。与 直接燃烧加热能节约 50%。通常催化燃烧的加热室有两种方式:电 加热及燃气加热。我司引进德国红外线燃烧器,采用无火焰燃烧。
 
其特点如下:
1 燃气燃烧能量的绝大部分(95% 以上)将直接转化成有 效热能。加热成本是电能的一半或更低,比普通红外线燃烧器提高 红外线辐射效率 5-20%,使用非常经济。

2 红外线可以不受中间空气干扰,穿透空气直接加热催化床 内的催化剂,而且红外线能穿透到物体底部,非常均匀、 快速加热。 

3 燃烧加热过程不会产生空气扰动,亦不会产生尘埃。结构性能稳定,节能省力,操作、维修方便。 

4 红外线燃烧器使用寿命达 5 年以上。 

本装置净化效率好,且不会产生污染,净化效率经检测, 其结果为:苯>98%;甲苯>99;二甲苯>99%;臭气>92%。 

7.催化燃烧器装填的是催化剂,具有阻力小,活性高,稳定性 好的特点,当废气浓度达到 4.5-5.5 克(如甲苯)时,就可维 持自燃。催化燃烧器转换性能稳定。 

8、利用余热,节能显著,本装置中热交换器,均以净化后的 热空气作为介质,与 85 度的废气进行换热,不需另加能源,运行 费用降低。

9. 各个部位均有温度监控点 VOCs 催化燃烧 的好处在于处理效率非常的高,帮助企业做到低 效益高回报的一种去除废气的办法。 借助催化剂可使废气在较低的起燃温度条件下,发生无焰燃 烧,并氧化分解为 CO:和 H:0,同时放出大量热 1)起燃温度低,反应速率快,节省能源。催化燃烧过程中,催 化剂起到降低 VOCs 分子与氧分子反应的活化能,改变反应途径 的作用。2)处理效率,污染物和温室气体排放量少。

采用催化燃 烧处理 VOCs 废气的净化率通常在 95%以上,终产物主要为 CO2 和 H2O。由于催化燃烧温度低,大量减少 NOx 的生成。辅助燃料 消耗排放的 CO2 量在总 CO2 排放量中占很大比例,辅助能源消 耗量减少,显然减少了温室气体 CO2 排放量。 

3)适用范围广, 催化燃烧几乎可以处理所有的烃类废气及恶臭气体,适合处 理的 VOCs 浓度范围广。对于低浓度、大流量、多组分而无回收 价值的 VOCs 废气,采用催化燃烧法处理是最经济合理的。 

1、催化燃烧催化剂活性组分 工业上的催化剂都是由活性成分、 助剂和载体等组成,其中活性组分及其分布、颗粒大小、催化剂载体 对催化效果和寿命有很大的影响。用于催化燃烧 VOCs 的催化剂的活 性成分可分为贵金属、非贵金属氧化物。 贵金属是低温催化燃烧最 常用的催化剂,其优点是具有较高的活性、良好的抗硫性,缺点是活 性组分容易挥发和烧结,容易引起氯中毒、价格昂贵,资源短缺; 贵金属催化剂 Pt、Pd、Ru 等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具 有很高的催化活性,且使用寿命长、适用范围广、易于回收,因而是 最常用的废气燃烧催化剂。如我国最早采用的 Pt—AI:0,催化剂就 属于此类催化剂。但由于其资源匮乏、价格昂贵、耐中毒性差,因此, 起燃温度 燃烧温度 燃烧方式 (NOx)产量 催化燃烧 200-400 300-500 催化剂表面无焰燃烧 几乎没有 热力燃烧 600-900 600-800 高温火焰中停留,人们一直在努力寻找替代品,尽量减少其用量。 非贵金属氧化物催 化剂主要有钙钛矿型、尖晶石型以及复合氧化物催化剂等,价格相对 较低,也表现出很好的催化性能,如钙钛矿型催化剂高温热稳定性较 好,尖晶石型催化剂具有优良的低温活性,但其不足之处在于催化活 性相对较低,起燃温度较高。 复氧化物催化剂 一般认为,复氧化 物之间由于存在结构或电子增刊谭明侠等:VOC 催化燃烧技术 385 调 变等相互作用,活性比相应的单一氧化物要高。

主要有以下两大类: (1)钙钛矿型复氧化物。稀土与过渡金属氧化物在条件下可以形 成具有钙钛矿型的复合氧化物,通式为 ABO,,其活性优于 相应的单一氧化物。A 为四面体型结构,B 为八面体形结构;A 和 B 形成交替立体结构,易于取代而产生晶格缺陷,即催化活性中心位, 表面晶格氧提供活性的氧化中心,从而实现氧化反应。常见的 有 BaCuO:、LaMn03 等;(2)尖晶石型复氧化物。作为复氧化物重要 的一种结构类型,以 AB2X4 表示,尖晶石亦具有优良的氧化催化 活性。如 对 CO 的催化燃烧起燃点落在低温区(约 80℃),对烃类亦 在低温区可实现氧化。其中研究最为活跃的 CuMn:O。尖晶石, 对芳烃的活性尤为。如使 C,H。燃烧只需 260℃,实现低温 催化燃烧,这点具有实际意义。 过渡金属氢化物催化剂 作为 取代贵金属催化剂,采用氧化性较强的过渡金属氧化物,对 CH。等 烃类和 CO 亦具有较高的活性,同时降低了催化剂的成本,常见的有 MnOx、CoOx 和 CuOx 等催化剂。大连理工大学研制的含 MnO:催化剂, CH,OH 蒸气,对 C:H。O、C3H60、C6H。 催化剂载体以及负载方式 载体 VOC 净 化催化剂的载体主要有两类:一类是球状或片状;---是整体式多孔 蜂窝状。金属载体催化剂的优点是导热性能好,缺点是 比表面积较小。颗粒状载体的优点是比表面积大,缺点是压降大以及 因载体间相互摩擦,造成活性组分磨耗损失。蜂窝陶瓷载体是比较理想的载体型式,它具有很高的比表面,压力降较片粒柱状低,机械强 度大,耐热冲击。 负载方式 催化剂活性组分可通过下列方 式沉积在载体上:(1)电沉积在缠绕或压制的金属载体上;(2)沉积在 颗粒状陶瓷材料上;(3)沉积在蜂窝结构的陶瓷材料上。 催化剂在使用过程中随着时间的延长,活性会逐渐下降。催化剂失活主要有 3 种类型:(1)催化剂失活。使催 化剂失活的毒物包括和慢速作用毒物两大类。能使催化剂失活;(2催化反应。卤素和硫 的化合物易与活性中心结合,但这种结合是比较松弛、可逆且暂时性 的。当废气中的这类物质被去除后,催化剂活性可以恢复;(3)沉积 覆盖活性中心。不饱和化合物的存在导致碳沉积,此外陶瓷粉尘、铁 氧化合物及其他颗粒物堵塞活性中心,从而影响催化剂的吸附与解吸 能力,导致催化剂活性下降。 预防措施 预防催化剂活性衰减, 可以采取下列相应的措施:(1)按照操作规程,正确控制反应条件; (2)当催化剂表面结炭时,通过吹人新鲜空气,提高燃烧温度,烧去表面结炭;(3)将废气进行预处理,以除去毒物, (4)改进催化剂的制备工艺,提高催化剂的耐热性和抗毒能力。 化燃烧工艺流程 根据废气预热方式及富集方式,催化燃烧工艺流程 可分为 3 种。(1)预热式。预热式是催化燃烧的最基本流程形式。有 机废气温度在 100℃以下,浓度也较低,热量不能自给,因此在进入 反应器前需要在预热室加热升温。燃烧净化后气体在热交换器内与未 处理废气进行热交换,以回收部分热量。该工艺通常采用煤气或电加 热升温至催化反应所需的起燃温度。(2)自身热平衡式。当废气 排出时温度高于起燃温度(在 300℃左右)且物含量较高,热交换 器回收部分净化气体所产生的热量,在正常操作下能够维持热平衡, 无需补充热量,通常只需要在催化燃烧反应器中设置电加热器供起燃 时使用。(3)吸附一催化燃烧。当废气的流量大、浓度低、温度 低,采用催化燃烧需耗大量燃料时,可先采用吸附手段将废气吸 附于吸附剂上进行浓缩,然后通过热空气吹扫,使废气脱附成为 高浓度废气(可浓缩 lO 倍以上),再进行催化燃烧。此时,不需 要补充热源,就可维持正常运行引。对于废气催化燃烧工艺的选 择主要取决于:(1)燃烧过程的放热量,即废气中可燃物的种类和浓 度;(2)起燃温度,即组分的性质及催化剂活性;(3)热回收率等。 当回收热量超过预热所需热量时,可实现自身热平衡运转,无需外界 补充热源,这是最经济的。 化燃烧的应用 5.1 溶剂类污染物的净 化处理 主要污染物是三苯(苯、甲苯和二甲苯)、酮类、醇类及其它 一些含氧衍生物等。詹建锋¨纠采用吸附—催化燃烧法治理彩印厂三苯废气,治理前废气浓度为 1 320 mg·m 一,治理后浓度小于 50 mg·m 一,达到福建省地方标准 DB35/156-93。刘忠生等¨4 J 对主要含烃 类污染物的石化污水处理场隔油池散发的废气进行处理,采用蜂窝状 Pt、Pd 和 Ce 多组分 TC79-2H 催化剂,对总烃体积分数 1 000~6 000pL·L。1 进行催化燃烧,可以使总烃去除率达 97%以上,净化 排气总烃体积分数小于 100 IxL·L~,无恶臭气味。 5.2 含 N 污染物的净化 含 N 污染物(如 RNH2、RCONH:等),大都具有毒 性和臭味,进行处理。火箭推进剂(CH。):NNH:是一种易溶于 水和溶剂、具有强极性和弱碱性的化合物,也是一种剧毒物 质。采用催化燃烧法处理火箭推进剂(CH,):NNH:(含量 1%,压力 0.25 MPa,气量 500 m3·h。),当催化燃烧温度高于 300℃,(CH,): NNH:废气去除率达 99%以上,获得很好的处理效果[151。 5.3 对 含硫污染物的净化 制药厂、农药厂和化纤厂等在生产中会排出 来 CH。SH、CH,CH2SH 和 Cs:等硫污染物,对这类污染物的催 化氧化,其中的 s 原子一般氧化成 SO:或 SO,,在催化剂表面上易 产生强吸附,造成催化剂中毒失活。新的 RS 一 1 型催化剂能使 反应过程生成的 SO:和 sO,几乎 100%地释放出来,使连续运行时 的活性保持稳定。 6 结语 催化燃烧技术涉及化工、环境工程、催 化反应和自动检测控制等领域,在我国仍处于发展阶段。今后的发展 方向为:(1)提高催化剂性能。研制具有抗毒能力、大空速、比表面 积)大及低起燃点的非贵金属催化剂,以降低造价和使用费用;(2) 催化燃烧装置向大型化、整体型和节能型方向发展。

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