催化燃烧的原理与应用？

一、催化燃烧的原理与应用？

所谓催化燃烧，简而言之，在催化剂的作用下，有机废气在低温下迅速氧化水和二氧化碳，从而达到处理的目的。催化燃烧是20世纪40年代末发展起来的一种典型的气固催化反应.目前，它已广泛应用于油漆、橡胶加工、塑料加工、树脂加工、皮革加工、食品工业和铸造等行业，也用于汽车尾气净化等领域。对油漆、印刷、机电、家电、制鞋、塑料及各种化工车间有害有机废气的处理，以及不适宜直接燃烧或催化燃烧、吸附回收的低浓度有机废气，效果显著。

吸附剂作为吸附技术的关键部分，对吸附效率有着至关重要的影响。常见的吸附剂可分为有机吸附剂和无机吸附剂，以活性炭和分子筛为代表。活性炭的吸附容量高，成本低，但活性炭的耐温性和耐湿性低于分子筛，分子筛的吸附能力较低，成本较高，但可用于较高的温度和湿度条件下，因此，可根据不同吸附剂的不同使用。催化燃烧有两种，一种是活性炭吸附浓度催化燃烧法，另一种是分子筛吸附催化燃烧法。本文对活性炭吸附催化燃烧法进行了研究。

该装置根据吸附（高效率）和催化燃烧（节能）两个基本原理设计。首先，预处理阶段是确保进入活性炭吸附塔的废气中的颗粒物小于5mg/m3。该项目在前端安装了干式过滤除尘器。干式过滤器包括初始和中间过滤模块。其目的是去除废气中催化剂的灰尘、液滴和毒物，并确保不造成催化剂床的堵塞和催化剂中毒。吸附效果差，缩短了活性炭的使用寿命。

预处理后，有机废气被活性炭层吸附，有机物被活性炭的特殊力吸附，清洁气体被排放。一段时间后，当活性炭达到饱和时，吸附停止，有机物集中在活性炭中。然后通过催化燃烧解吸恢复活性炭的吸附容量。

由于催化剂具有催化活性温度，因此对于催化燃烧，称为催化剂点火温度，尾气和床层温度必须达到点火温度才能催化燃烧，因此必须设置预热装置。但由于废气本身温度较高，如漆包线、绝缘材料、烤漆等干燥废气，温度可达300℃以上，无需设置预热装置。热交换器和床层内的管道分布可用于预热装置加热的热气。预热器的热源可以通过烟气或电加热。当催化反应开始时，通过回收反应热，可以尽可能地预热废气。为了节约能源，应在反应热较大的情况下设置余热回收装置。

在装置中，在催化净化装置中设置加热室，启动加热装置，进入内部循环。当热气源达到有机物的沸点时，有机物从活性炭中挥发出来。进入催化室，催化分解成水和二氧化碳，同时释放能量。当释放的能量重新进入吸附床进行解吸时，加热装置完全停止工作，催化燃烧室中的有机废气自燃，废气再生，有机物再循环，直至有机物与活性炭完全分离。催化室分解。活性炭再生，有机物分解。

预热废气的热源温度一般超过催化剂的活性温度。为了保护催化剂，加热装置应与催化燃烧装置保持一定距离，以便排气温度能够均匀分布。该装置连续工作有两个气路，一个催化燃烧室和两个吸附床交替。有机废气先用活性炭吸附，再用热风解吸再生活性炭。解吸的有机物已经浓缩（比原始浓度高几倍），并送入催化燃烧室进行催化燃烧，以产生二氧化碳和水蒸气。当有机废气浓度超过2000PPm时，有机废气可以在不需外加热的催化床中保持自燃。燃烧后，部分废气排放到大气中，大部分排放到吸附床中进行活性炭的再生。这样既能满足燃烧和吸附所需的热能，又能达到节能的目的。再生后，可进入下一次吸附；解吸时，可在另一吸附床上进行净化操作，既适合连续操作，也适合间歇操作。

活性炭吸附催化燃烧的主要处理技术

预处理工艺：由于废气中含有一定数量的粉尘，如果吸附材料(蜂窝活性炭)进入吸附装置而不直接去除，容易造成吸附材料(蜂窝活性炭)微孔堵塞，严重影响吸附效果，增加系统阻力。该工艺在吸附床前设置高效复合过滤器作为预处理器，利用过滤器的精细结构，有效地去除废气中的粉尘和其它粉尘及烟雾物质。因此，当进入固定吸附床时，可以有效地截获和过滤由排气和油漆雾引入的废气中的灰尘。干式过滤采用一次和二次处理，以确保废气不含灰尘和微粒。过滤器将被设计成易于维护，便于拆卸和安装。压差开关实时显示压力损失，当压差超过设定压力时，向PLC发送报警信号，使用户能够及时更换滤料。

有机废气吸附过程：处理后的有机废气从风管中抽出，进入干式过滤器，除尘，进入活性炭吸附床。吸附床的数目可以根据气流的大小(一次吸收、一次去除或两次吸收、一次去除或多次吸收和一次去除)来确定。气体可以通过阀门切换进入不同的吸附床，它们交替工作。当气体进入吸附床时，气体中的有机物被活性炭吸附并附着在活性炭表面，从而气体可以被净化，并且净化后的气体通过风扇排放到大气中。

吸附床为活性炭吸附床

用内活性炭层和各种空气分布器吸附和浓缩有机气体是整个装置的主要部件和核心工序。活性炭按抽屉式上下六层加载。

吸附原理：用多孔固体材料处理流体混合物时，流体的某一组分或某一组分可被吸引到固体表面，并集中在固体表面。这种现象叫做吸附。在气态污染物的处理中，所处理的流体是气体，属于气固吸附。吸附气体组分称为吸附剂，多孔固体称为吸附剂。

活性炭以优质无烟煤为原料。其主要特点是强度高、吸附速度快、吸附容量大、比表面积大、孔隙结构发达。孔洞大小介于椰子壳活性炭和木材活性炭之间。

注氮电磁阀安装在活性炭解吸管道上。在对活性炭吸附床进行解吸分析时，系统自动控制电磁控制阀的数量和时间，将氮气注入活性炭吸附箱，从而降低活性炭吸附床的氧含量，防止活性炭解吸过程中的火灾危害

催化燃烧床

如前所述，催化燃烧是一种利用低温催化剂净化有害气体中易燃成分的方法。对于HC和有机溶剂，蒸汽氧化分解成二氧化碳和水并释放热量。

催化燃烧要求将被净化的有害气体均匀混合，预热至催化剂所要求的点火温度，使有害气体中的可燃组分开始氧化放热反应。

催化燃烧床的主要功能如下：

1)内部加热元件产生热能后，通过风扇和连接管道将热风吹入活性炭床，从而对活性炭床进行加热。

2)温度变化后，有机物从活性炭中蒸发并分解。在鼓风机负压的指导下，有机物通过解吸管道进入催化燃烧床，再加热，与填充在催化燃烧床内的贵金属催化剂反应，有机物经二次分解净化。

3)当催化床温度达到250~300℃时，有机物开始发生反应，当反应热达到一定值(即无动力运行状态)时，加热元件停止工作。

4)活性炭脱附后空气体积小，高浓度有机废气首先进入换热器换热，实现余热的回收，换热器通过加热器(用多组电加热管加热)进一步加热废气，有机废气加热后，在催化剂的作用下，达到废气的着火温度。废气进入催化燃烧床，在催化剂的作用下，有机组分在高温下裂解成CO2和H2O，有机废气热解释放的热量进一步提高了气体温度。净化后的尾气可通过两级换热器回收.

催化燃烧预热废气加热采用无污染、稳定的电加热方式。电热管分为若干组，由电子控制箱自动控制。系统温度由PLC联锁。当废气温度低于一定温度时，电热管会自动连接电源对废气进行加热。当废气温度高于一定温度时，电热管会自动断裂。打开一组、两组、多个或全部电源，以节省电力，实现安全运行。当解吸气中的废气浓度达到4000mg/m3左右时，基本实现了热量的自平衡，无需打开电加热即可达到节能的目的。催化燃烧反应是典型的气固催化反应。催化燃烧反应的实质是在一定温度下，吸附在催化剂表面的有机化合物（VOCs）与空气中的氧气发生反应，催化氧化，彻底氧化分解成无害的CO 2和H 2 O，释放出反应热。借助于催化剂，可大大降低有机物的着火温度，实现无焰燃烧，降低预热能耗和NOx的生成。

5)活性炭的脱附再生过程：吸附床饱和时，可启动脱附风机对吸附床进行脱附。解吸气体首先通过催化床内的换热器，然后在电加热器的作用下进入催化床中的预热器。将气体温度提高到280℃左右，然后通过催化剂将有机物在催化剂下燃烧，分解为CO2和H2O。同时，释放出大量的热量，提高了气体温度。高温气体再次通过换热器。与进入的冷空气交换热量，并回收部分热量。从换热器中分离出的气体分为两部分：一是直接空出，二是在吸附床上进行活性炭解吸。当解吸温度过高时，可以启动制冷机，使脱附气体温度在适当的范围内保持稳定。活性炭吸附床的温度超过报警值。

安全设计：催化净化装置前后均设有消防除尘系统，设备顶部设有减压系统。

内外设备均配有静电装置，高空管道均配有防雷装置。

该设备配有多点温度控制点、自动报警系统和过温自动冷却系统。

该设备配有风扇过载保护、超温保护、防火链保护、安全防火阀在设备入口，高温时消防阀门关闭，直线阀自动开启。

解吸过程中，当控制和监控系统出现故障或故障时，温度控制器会自动报警，停止加热，并自动打开系统。解吸风机运行时，会突然出现故障加热系统和风机联动现象。加热将自动停止，冷却系统将自动打开，直通线路系统将被激活。

脱附过程中，97%的氮气间歇注入，97%的氮气在脱附后注入活性炭吸附床。

二、催化燃烧有机化合物适用于多少浓度？

　　主要适用于较低浓度500-3500㎎/m3有机废气且不宜采用直接燃烧或催化燃烧法和吸附回收法处理的有机废气，尤其对大风量的处理效果，可达95%以上。经吸附净化并脱附后转换成小风量、高浓度的有机废气，对其进行热氧化处理，并将有机物燃烧释放的热量有效利用。

对处理工业有机废气应用于油漆、橡胶加工、塑料加工、树脂加工、皮革加工、食品业和铸造业等工艺有极高的净化效果。