隨著環境的不斷惡化,我國也提倡保護環境。現有的催化燃燒設備不僅環保,而且可回收利用,達到節能環保的目的。光廢氣凈化和催化燃燒裝置不會產生二次污染,大大改善了環保設備。所以他們是如何實現這種效果的?光催化氧 化是在外界可見光的作用下發生的。利用半導體和空氣為催化劑,光為能量,將有機化合物降解為CO2、H2O等無毒無害組分。催化燃燒設備采用人工紫外光為能源,經特殊處理后,具有活性和高反應效率的納米TiO2催化劑。經過處理后,廢氣氣味可以達到更理想的凈化效果。在半導體光催化氧 化過程中,納米TiO2催化劑在吸收光能時,受紫外光照射產生電子躍遷和空穴躍遷,進一步結合產生電子空穴對。催化燃燒裝置與吸附在廢氣表面的水(H2O)和氧(O2)反應生成活性羥基自由基和超氧陰離子自由基,可轉化各種有機廢氣,如烴類、醛類、酚類、醇類、巰基、苯、氨等。通過光催化氧 化,將氮氧 化物、硫化物等有機化合物和無機物VOC還原成二氧 化碳(CO2)、水(H2O)等無毒無害物質。同時臭氣也消失了,對廢氣的凈化起到了一定的作用,并能有效地去除管道中的細菌,因為光催化氧 化過程中不含添加劑,因此不會產生二次污染。運營成本只是用電,經常需要更改部分,相當的企業使用節能環保。
有機廢氣的催化燃燒方法加工行業出現在1940年代末的技術。自1949年研制出世界上催化燃燒裝置以來,該技術已廣泛應用于油漆、橡膠加工、塑料加工、樹脂加工、皮革加工、食品工業和鑄造工業,以及汽車尾氣凈化。1973年,采用催化燃燒法處理我國漆包線烘干爐的有機廢氣。隨后,催化燃燒法在絕緣材料、印刷工業等領域得到了廣泛的應用。
催化燃燒過程的燃燒過程是在催化燃燒裝置進行。有機廢氣通過熱交換器預熱至200~400℃,然后進入燃燒室。當它通過催化劑床時,混合氣體中的烴分子和氧分子分別吸附在催化劑表面上并活化。由于表面吸附降低了反應的活化能,碳氫化合物和氧分子在較低溫度下被迅速氧 化,產生二氧 化碳和水。催化劑燃燒反應的關鍵是選擇合適的催化劑。催化劑的需求:高活動,尤其是低溫活性好,所以開始的時候溫度盡可能低。燃燒是一種放熱反應,釋放大量的熱量可使催化劑表面達到500~1000攝氏度,而且催化劑易熔化,活性降低,因此要求催化劑能夠承受高溫。
用于催化燃燒的催化劑可分為1:1貴金屬:鉑、鈀、釕等。貴金屬催化劑具有較高的活性和氧 化容易回收,等等,雖然有稀缺資源,昂貴的和糟糕的抗毒性缺點,但仍然是世界上主要的催化劑。非貴金屬:過渡元素氧 化物和稀土元素氧 化物。單組分氧 化物,如氧 化銅(CuO)和氧 化鎳(NIO).單組分氧 化物的耐熱性差,活性低,限制了其應用。后切換到兩個或兩個以上的金屬氧 化物的混合物,如二氧 化錳-氧 化銅(3:2)化合物,三氧 化二鐵-鉻酸復雜,銅氧 化物、三氧 化鉻復雜,尖晶石復雜鈷、錳、銅、錳、鎳、鋅鉻酸鹽等。雖然復合氧 化物可以改善某些催化性能,但氧 化活性仍低于貴金屬。此外,還存在釷、鎳、鉬、硫化鈷等金屬硫化物。一般只適用于這類催化劑催化燃燒的碳氫化合物,硫、使用溫度限制在300~400℃,高溫,容易分 解。
催化燃燒裝置設計時應考慮以下幾方面問題
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
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