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有機廢氣的催化氧化,是消除排放廢氣中有害物質的一種有效方法。采用催化劑可以降低氧化反應的活化能,同時還可提高反應速率。一般熱力氧化的反應溫度為800~850℃;這樣,相對于熱力氧化而言,有機廢氣的催化燃燒過程就可能在較低的溫度水平下進行(約200~450℃),從而降低了廢氣凈化裝置的投資和操作費用,以及減少燃燒過程中輔助燃料的消耗和氮氧化合物的排放。此外,對于一定的催化系統,低的操作溫度也降低了所需的定留時間。例如,當凈化率達到99%時,催化反應所需定留時間大約為0.255;而熱力氧化需要0.75~1s。
對于廢氣中含C、H、N和O的有機化合物情況下,當采用合適的催化劑和工藝方法時,廢氣經氧化反應后,其反應產物僅為CO2、H2O和N2。廢氣催化燃燒中,毫無例外都用固體催化劑,即屬于非均相催化反應。有機廢氣的催化氧化,通常主要采用載體催化劑,即將具有催化活性的組分沉積、浸漬或涂在陶瓷或金屬的載體上。只有在個別情況下才用完全由活性組分做成的催化劑。催化劑的負荷常用標準狀態下的空速表示。VOC催化氧化過程所需的催化劑用量取決于空速的大小。空速愈高,則表示催化劑的反應能力愈大,從而為達到VOC一定的脫除率所需催化劑容積就小。如果廢氣中所含VOC是多組分混合物,則空速應該按最難氧化的組分來選取,通常由試驗確定。對一定應用目的所要求催化劑的量,可以通過審慎地選擇空速、載體類型、孔密度和催化劑的成型來進行優化。
對于有機廢氣的催化燃燒來講,空速一般在5000~2000Nm3/(h?m3)之間。廢氣催化燃燒VOC的凈化率可達98%,甚至更高。凈化率99%也是可以達到的,但由于要求提高溫度和增加催化劑容積,使得在技術和經濟上難以實現。VOC的凈化率是與許多因素有關,諸如:催化劑類型、比表面積、VOC的種類、濃度、停留時間、氣流的混合狀況、氣流通過催化劑床層的均勻性、氧濃度和反應溫度等。廢氣催化凈化方法成效與否,關鍵是要有足夠的工程經驗數據和中間試驗結果,以及選擇活性好的和穩定的催化劑。
目前,有機廢氣催化燃燒凈化裝置大都采用直通式的陶瓷蜂窩填料作為載體催化劑,這樣壓降可以低些。除此以外也有用顆粒催化劑或涂催化劑的金屬網。
有機廢氣催化凈化裝置的類型很多。在凈化VOC廢氣領域內,常按熱量是否回收,以及熱量回收的方式來區分。
①無熱量回收的催化氧化器,也稱催化焚燒爐(Catalytic Oxidizer或Catalyt ic Incinerator)
②帶間壁式換熱器的催化氧化器(Catalytic Recuperative Oxidizer);
③蓄熱式催化氧化器(Regenerative Catalytic Oxidizer,RCO),其結構類型
當然也可從反應器類型來區分,例如:固定床催化氧化器,流化床催化氧化器和旋轉式催化氧化器等。
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