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催化燃燒法

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 催化燃燒法定義：

      催化燃燒法是在催化劑的作用下將廢氣中的有機污染物完全氧化成CO2和H2O。催化燃燒法的起燃溫度低，安全性能好，對需凈化有機物的濃度限制小，這使催化燃燒法較多應用于低濃度有機污染物的處理，但廢氣中的塵粒和霧滴有可能使催化劑壽命降低，因而催化燃燒法不宜于處理含塵粒和霧滴的有機廢氣。
(1)催化燃燒的催化劑有貴金屬催化劑、非貴金屬催化劑和稀土金屬催化劑，通常將催化劑的活性組分載到載體上制成粒狀或蜂窩狀使用。
(2) 催化燃燒法的流程與設備
催化燃燒法的流程具有以下特點：
① 進入催化燃燒裝置的氣體首先要經過預處理，除去粉塵、液滴及有害組分，避免催化劑床層的堵塞和催化劑的中毒。
② 進入催化劑床層的氣體溫度必須要達到所用催化劑的起燃溫度，催化反應才能進行。因此對于低于起燃溫度的進氣，必須進行預熱使其達到起燃溫度。特別是開車時，對冷進氣須進行預熱，因而催化燃燒法適用于處理連續排出的有機廢氣。
③ 催化燃燒有機廢氣會產生一定量的反應熱，在產生熱量大時，應注意回收反應熱。
 
催化燃燒裝置:
主要由熱交換器、燃燒室、催化反應器、熱回收系統和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成，如右圖所示。其凈化原理是：未凈化氣體在進入燃燒室以前，先經過熱交換器被預熱后送至燃燒室，在燃燒室內達到所要求的反應溫度，氧化反應在催化反應器中進行，凈化后煙氣經熱交換器釋放出部分熱量，再由煙囪排入大氣。
 
催化燃燒裝置構成圖：

催化燃燒裝置設計注意事項：
1、氣流和溫度均勻分布。要使通過催化劑表面的氣流和溫度分布均勻，并保證火焰不直接接觸催化劑表面，燃燒室必需具有足夠的長度和空間。催化燃燒裝置應具有良好的保溫效果。爐體一般用鋼結構的外殼內襯耐火材料，或用雙層夾墻結構。
2、便于清洗和更換。催化劑反應器一般應設計成裝卸方便的模屜結構，便于清洗和更換催化劑載體。
3、輔助燃料和助燃。催化燃燒一般采用天然氣作輔助燃料，也可用燃料油、電加熱等作輔助燃料。助燃一般用凈化后的氣體，如果凈化后的氣體不能作為助燃，則應引入空氣助燃。
4、較高的轉化速度。由于催化燃燒為不可逆的放熱反應，所以，無論反應進行到什么階段，都應在盡可能高的溫度下進行，以獲得較高的轉化速度。但操作溫度往往受某些條件的限制，如催化劑的耐熱溫度、高溫材料的獲得，熱能的供應，以及是否伴有副反應等。因而實際生產中應根據實際情況恰當地選擇。
 
催化燃燒核心：催化劑
催化劑是催化燃燒法的核心，一種好的催化劑必須具備催化活性高、熱穩定性好、強度高、壽命長等特性。
1、活性高。催化劑的活性好壞直接影響催化燃燒的化學轉化率。而轉化率不僅與催化活性材料自身的活性有關，而且與催化載體的物理形狀有著直接關系。所以，在選擇適應的催化活性材料的同時，還必須考慮催化載體的物理形狀，保證催化劑有較高的活性，達到催化燃燒凈化的目的。
2、熱穩定性好。由于廢氣的溫度隨時變化，如果催化劑不能適應一定范圍內的溫度變化，催化劑的性能就會下降，凈化效率就會降低。因此，催化劑必須具備適應一定范圍內的溫度變化。
3、強度高。在催化燃燒過程中，催化劑往往會因高溫、振動和氣流等因素的作用，使催化劑產生破裂和磨損，破裂和磨損會造成催化劑的活性降低，增加催化劑床層的壓降，影響凈化效果。
4、壽命長。催化活性材料大都比較昂貴，所以，設計時選用催化劑時應盡量使用壽命較長的催化劑。
 
催化燃燒法優缺點：
 
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制。
3、基本上不會造成二次污染。
4、設備較簡單，投資少，見效快。

缺點：
催化燃燒法存在的主要問題是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。近幾年來，含稀土元素的鈣鈦礦結構的復合氧化物催化劑的研制在提高耐高溫性能等方面有所進展。中國研制的稀土元素催化劑已用于有機廢氣的治理。