基本介紹
- 中文名：有機廢氣催化燃燒
- 外文名：catalytic combustion of industrial organic gases
- 關鍵：選擇合適的催化劑
- 套用於：油漆、橡膠加工
燃燒過程,催化劑,反應程度,優點,
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面而活化。由於表面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,以便在儘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面達到 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，但仍然是世界各國採用的主要催化劑。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，致使套用受到限制。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。這類催化劑一般只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，有用表面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。它應具有比表面積大、耐高溫、機械強度大和流體阻力小等特性。
反應程度
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。
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。
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，一般都採用前處理的辦法，預先除掉有毒物質。近幾年來，含稀土元素的鈣鈦礦結構的複合氧化物催化劑的研製在提高耐高溫性能等方面有所進展。中國研製的稀土元素催化劑已用於有機廢氣的治理。
