吸附脫附+催化燃燒

配置組成

本裝置主要由廢氣管道、活性炭吸附箱、電動調(diào)節(jié)閥門、催化凈化裝置、阻火器、排風(fēng)機、電氣控制等部分組成。

催化燃燒的基本原理：

催化燃燒是典型的氣固相催化反應(yīng)，其實質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑的作用是降低活化能，同時催化劑表面具有吸附作用，使反應(yīng)物分子富集于表面提高了反應(yīng)速率，加快了反應(yīng)的進行。借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下，發(fā)生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出大量熱能，其反應(yīng)過程為： 

1.催化燃燒的特點及經(jīng)濟性

2催化燃燒的特點

3.起燃溫度低，節(jié)省能源有機廢氣催化燃燒與直接燃燒相比，

具有起燃溫度低，能耗也小的顯著特點。在某些情況下，達到起燃溫度后便無需外界供熱。

應(yīng)用范圍：

RCO處理技術(shù)特別適用于熱回收率需求高的場合，也適用于同一生產(chǎn)線上，因產(chǎn)品不同，廢氣成分經(jīng)常發(fā)生變化或廢氣濃度波動較大的場合。

    GL系類有機廢氣處理設(shè)備適用于處理常溫、大風(fēng)量、中低濃度、易揮發(fā)的有機廢氣、可處理有機溶劑種類包括：苯類、酮類、酯類、醛類、醚類、烷類及混合類。

   該裝置可廣泛應(yīng)用于汽車、造船廠、摩托車、自行車、家具、家用電器、鋼琴、集裝箱等生產(chǎn)廠的涂裝生產(chǎn)線。石油、化工、橡膠、油漆，涂料、制鞋粘膠、塑膠制品、印鐵制罐、印刷油墨、電纜及漆包線等生產(chǎn)線的廢氣處理。鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠等行業(yè)的噴漆、涂裝車間，尤其適用于需要熱能回收的企業(yè)或烘干線廢氣處理，可將能源回收用于烘干線，從而達到節(jié)約能源的目的。

      ① 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，排放的有機尾氣通過引風(fēng)機進入設(shè)備的旋轉(zhuǎn)閥，通過選轉(zhuǎn)閥將進口氣體和出口氣體完全分開。
      ② 氣體首先通過陶瓷材料填充層（底層）預(yù)熱后發(fā)生熱量的儲備和熱交換，其溫度幾乎達到催化層（中層）進行催化氧化所設(shè)定的溫度，這時其中部分污染物氧化分解；廢氣繼續(xù)通過加熱區(qū)（上層，可采用電加熱方式或天然氣加熱方式）升溫，并維持在設(shè)定溫度；其再進入催化層完成催化氧化反應(yīng)，即反應(yīng)生成CO2和H2O，并釋放大量的熱量，以達到預(yù)期的處理效果。
      ③ 經(jīng)催化氧化后的氣體進入其它的陶瓷填充層，回收熱能后通過旋轉(zhuǎn)閥排放到大氣中，凈化后排氣溫度僅略高于廢氣處理前的溫度。
      ④ 系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)、自動切換。通過旋轉(zhuǎn)閥工作，所有的陶瓷填充層均完成加熱、冷卻、凈化的循環(huán)步驟，熱量得以回收。
      RCO蓄熱式催化燃燒裝置使用旋轉(zhuǎn)閥替代了傳統(tǒng)設(shè)備中眾多的閥門以及復(fù)雜的液壓設(shè)備。有機物去除率可以達到98%以上，熱回收率達到95-97%。

有機廢氣處理設(shè)備技術(shù)特點:

   采用吸附濃縮+催化燃燒組合工藝、整個系統(tǒng)實現(xiàn)了凈化、脫附過程閉循環(huán)、與回收類有機廢氣凈化裝置相比、無須備壓縮空氣和蒸汽等附加能源、也無須配備冷卻塔等附加設(shè)備、運行過程不產(chǎn)生二次污染、設(shè)備投資及運行費用低選用特殊成型的蜂窩活性炭作為吸附材料、吸附劑使用壽命長、吸附系統(tǒng)阻力低、凈化效率高。用優(yōu)質(zhì)貴金屬鈀、鉑載在蜂窩陶瓷上作催化劑、催化劑燃燒率達97%以上、催化劑壽命長、催化劑的分解溫度低、脫附預(yù)熱時間短、能耗低。

       采用微機集中控制系統(tǒng)，設(shè)備運行、操作過程實現(xiàn)全自動化，運行過程穩(wěn)定，可靠。

      采用干式高效粉塵過濾材料，凈化效率高，確保吸附裝置的使用壽命。

      安全設(shè)施完備，設(shè)有阻火器、泯壓孔、報警器及自動停機等保護措施。

       可用于凈化處理連續(xù)或間歇生產(chǎn)產(chǎn)生的有機廢氣。 

催化燃燒的原理：

催化燃燒是借助催化劑在低溫下(200～400℃)下，實現(xiàn)對有機物的完全氧化，因此，能耗少，操作簡便，安全，凈化效率高，在有機廢氣特別是回收價值不大的有機廢氣凈化方面，比如化工，噴漆、絕緣材料、漆包線、涂料生產(chǎn)等行業(yè)應(yīng)用較廣，已有不少定型設(shè)備可供選用。  

催化燃燒用催化劑：

由于有機物催化燃燒的催化劑分為貴金屬(以鉑、鈀為主)和賤金屬催化劑。貴金屬為活性組分的催化劑分為全金屬催化劑和以氧化鋁為載體的催化劑。全金屬催化劑是以鎳或鎳鉻合金為載體，將載體做成帶、片、丸、絲等形狀，采用化學(xué)鍍或電鍍的方法，將鉑、鈀等貴金屬沉積其上，然后做成便于裝卸的催化劑構(gòu)件。由氧化鋁作載體的貴金屬催化劑，一般是以陶瓷結(jié)構(gòu)作為支架，在陶瓷結(jié)構(gòu)上涂覆一層僅有0．13mm的α-氧化鋁薄層，而活性組分鉑、鈀就以微晶狀態(tài)沉積或分散在多孔的氧化鋁薄層中。但由于貴金屬催化劑價格昂貴，資源少，多年來人們特別注重新型的、價格較為便宜的催化劑的開發(fā)研究，我國是世界上稀土資源最多的國家，我國的科技工作者研究開發(fā)了不少稀土催化劑，有些性能也較好。

催化原理及裝置組成 
(1) 催化劑定義：催化劑是一種能提高化學(xué)反應(yīng)速率，控制反應(yīng)方向，在反應(yīng)前后本身的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變的物質(zhì)。 
(2) 催化作用機理：催化作用的機理是一個很復(fù)雜的問題，這里僅做簡介。在一個化學(xué)反應(yīng)過程中，催化劑的加入并不能改變原有的化學(xué)平衡，所改變的僅是化學(xué)反應(yīng)的速度，而在反應(yīng)前后，催化劑本身的性質(zhì)并不發(fā)生變化。那么，催化劑是怎樣加速了反應(yīng)速度呢，既然反應(yīng)前后催化劑不發(fā)生變化，那么催化劑到底參加了反應(yīng)沒有？實際上，催化劑本身參加了反應(yīng)，正是由于它的參加，使反應(yīng)改變了原有的途徑，使反應(yīng)的活化能降低，從而加速了反應(yīng)速度。例如反應(yīng)A+B→C是通過中間活性結(jié)合物(AB)過渡而成的，即： A+B→[AB]→C 其反應(yīng)速度較慢。當加入催化劑K后，反應(yīng)從一條很容易進行的途徑實現(xiàn)： A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K 中間不再需要[AB]向C的過渡，從而加快了反應(yīng)速度，而催化劑并未改變性質(zhì)。 
(3) 催化燃燒的工藝組成：不同的排放場合和不同的廢氣，有不同的工藝流程。但不論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成。 
   ① 廢氣預(yù)處理 為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒，廢氣在進入床層之前必須進行預(yù)處理，以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。

② 預(yù)熱裝置 預(yù)熱裝置包括廢氣預(yù)熱裝置和催化劑燃燒器預(yù)熱裝置。因為催化劑都有一個催化活性溫度，對催化燃燒來說稱催化劑起燃溫度，必須使廢氣和床層的溫度達到起燃溫度才能進行催化燃燒，因此，必須設(shè)置預(yù)熱裝置。但對于排出的廢氣本身溫度就較高的場合，如漆包線、絕緣材料、烤漆等烘干排氣，溫度可達300℃以上，則不必設(shè)置預(yù)熱裝置。 預(yù)熱裝置加熱后的熱氣可采用換熱器和床層內(nèi)布管的方式。預(yù)熱器的熱源可采用煙道氣或電加熱，目前采用電加熱較多。當催化反應(yīng)開始后，可盡量以回收的反應(yīng)熱來預(yù)熱廢氣。在反應(yīng)熱較大的場合，還應(yīng)設(shè)置廢熱回收裝置，以節(jié)約能源。 預(yù)熱廢氣的熱源溫度一般都超過催化劑的活性溫度。為保護催化劑，加熱裝置應(yīng)與催化燃燒裝置保持一定距離，這樣還能使廢氣溫度分布均勻。 從需要預(yù)熱這一點出發(fā)，催化燃燒法最適用于連續(xù)排氣的凈化，若間歇排氣，不僅每次預(yù)熱需要耗能，反應(yīng)熱也無法回收利用，會造成很大的能源浪費，在設(shè)計和選擇時應(yīng)注意這一點。 
③ 催化燃燒裝置 一般采用固定床催化反應(yīng)器。反應(yīng)器的設(shè)計按規(guī)范進行，應(yīng)便于操作，維修方便，便于裝卸催化劑。 在進行催化燃燒的工藝設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)具體情況，對于處理氣量較大的場合，設(shè)計成分建式流程，即預(yù)熱器、反應(yīng)器獨立裝設(shè)，其間用管道連接。對于處理氣量小的場合，可采用催化焚燒爐(見圖16－13)，把預(yù)熱與反應(yīng)組合在一起，但要注意預(yù)熱段與反應(yīng)段間的距離。 圖16－13 催化焚燒爐的構(gòu)造 在有機物廢氣的催化燃燒中，所要處理的有機物廢氣在高溫下與空氣混合易引起爆炸，安全問題十分重要。因而，一方面必須控制有機物與空氣的混合比，使之在爆炸下限；另一方面，催化燃燒系統(tǒng)應(yīng)設(shè)監(jiān)測報警裝置和有防爆措施。 

催化劑中毒與老化

催化劑中毒與老化在催化劑使用過程中，由于體系中存在少量雜質(zhì)，可使催化劑的活性和選擇性減小或者消失，這種現(xiàn)象叫催化劑中毒。這些能使催化劑中毒的物質(zhì)稱之為催化劑毒物，這些毒物在反應(yīng)過程中或強吸附在活性中心上，或與活性中心起化學(xué)作用而變?yōu)閯e的物質(zhì)，使活性中心失活。 毒物通常是反應(yīng)原料中帶來的雜質(zhì)，或者是催化劑本身的某些雜質(zhì)，另外，反應(yīng)產(chǎn)物或副產(chǎn)物本身也可能對催化劑毒化，一般所指的是硫化物如H2S、硫氧化碳、RSH等及含氧化合物如H2O、CO2、O2以及含磷、砷、鹵素化合物、重金屬化合物等。 毒物不單單是對催化劑來說的，而且還針對這個催化劑所催化的反應(yīng)，也就是說，對某一催化劑，只有聯(lián)系到它所催化的反應(yīng)時，才能清楚什么物質(zhì)是毒物。即使同一種催化劑，一種物質(zhì)可能毒化某一反應(yīng)而不影響另一反應(yīng)。 
    按毒物與催化劑表面作用的程度可分為暫時性中毒和永久性中毒。暫時性中毒亦稱可逆中毒，催化劑表面所吸附的毒物可用解吸的辦法驅(qū)逐，使催化劑恢復(fù)活性，然而這種可再生性一般也不能使催化劑恢復(fù)到中毒前的水平。永久性中毒稱不可逆中毒，這時，毒物與催化劑活性中心生成了結(jié)合力很強的物質(zhì)，不能用一般方法將它去除或根本無法去除。 催化劑的老化主要是由于熱穩(wěn)定性與機械穩(wěn)定性決定的，例如低熔點活性組分的流失或升華，會大大降低催化劑的活性。催化劑的工作溫度對催化劑的老化影響很大，溫度選擇和控制不好，會使催化劑半熔或燒結(jié)，從而導(dǎo)致催化劑表面積的下降而降低活性。
另外，內(nèi)部雜質(zhì)向表面的遷移，冷熱應(yīng)力交替所造成的機械性粉末被氣流帶走。所有這些，都會加速催化劑的老化，而其中最主要的是溫度的影響，工作溫度越高，老化速度越快。因此，在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)選擇合適的反應(yīng)溫度將有助于延長催化劑的壽命。但是，過低的反應(yīng)溫度也是不可取的，會降低反應(yīng)速率。 為了提高催化劑的熱穩(wěn)定性，常常選擇合適的耐高溫的載體來提高活性組分的分散度，可防止其顆粒變大而燒結(jié)，例如以純銅作催化劑時，在200℃即失去活性，但如果采用共沉積法將Cu載于Cr2O3載體上，就能在較高的溫度下保持其活性。

催化燃燒法的優(yōu)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(shè)備較簡單，投資少，見效快。

催化燃燒法的缺點

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(zhì)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(yù)先除掉有毒物質(zhì)。近幾年來，含稀土元素的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)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。