?VOCs催化燃烧的基本原理介绍

VOCs催化燃烧基本原理

催化燃烧的本质就是燃烧，从化学角度来说燃烧反应就是深度氧化反应，燃烧反应发生的化学反应与深度氧化反应是一样，VOCs经过燃烧（或催化燃烧）生成二氧化碳和水，燃烧过程放出的热量和深度氧化反应是一样的。基本反应如下：

VOCs + O2 == CO2+ H2O + Q  

催化剂的定义：

催化剂是一种加快化学反应速率,本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质。催化剂不改变化学反应的热力学，只改变化学反应的动力学，其本质就是降低化学反应的活化能，加快化学反应的发生。在VOCs氧化反应中就是降低反应温度。这也是热力燃烧（TO、RTO）需要800 oC甚至更高的温度，而催化燃烧通常只要350 oC左右的科学道理。

催化燃烧性能通俗的说就是降低反应温度的幅度，在实际工业使用中，催化剂性能体现在使用温度，使用寿命、和抗性能。

但是，这里需要说明的是，催化剂是高科技产品，开发一个催化剂需要大量的科研投入的。比如一个实验室性能非常好的催化剂，很有可能无法产业化。讲一个非常简单的例子，搞催化研究的都知道，上世纪八十年代日本的Haruta发现的负载金催化剂对（CO）氧化超高活性，实验室可以在冰点（0 oC）将CO氧化成二氧化碳（CO2）。然而，早些年，燃气热水器市场中有一款消除CO的燃气热水器，烟道气排出口处装了一块催化剂模块，烟道气温度大约在120 oC左右，“测试初期浓度为0，持续了大概10分钟浓度到达6ppm，浓度蕞高的时候达到26ppm。说明催化剂的活性下降很快。这就是实验室催化剂和现实应用中的差距。

在VOCs催化燃烧系统中，反应空速通常指体积空速（GHSV），体现出催化剂的处理能力:反应空速是指规定的条件下，单位时间单位体积催化剂处理的气体量，单位为m3/(m3催化剂?h)，可简化为h-1。例如产品标注空速30000h-1：代表每立方催化剂每小时能处理30000m3废气。空速体现出催化剂的VOCs处理能力，因此和催化剂的性能息息相关。

催化剂的性能与的含量、颗粒大小和分散度相关。理想状态下，高度分散，此时的以的颗粒（几个纳米）存在于载体上，得到蕞大程度的利用，此时催化剂的处理能力与含量成正相关。然而当含量高到一定程度后，金属颗粒容易聚集长大成为较大的颗粒，与VOCs的接触面反倒下降，大部分被包在内部，此时增加含量反而不利于催化剂活性的提高。

?催化燃烧技术应用方面

催化燃烧在加热炉炉管烧焦上的应用

石油化工中的结焦不仅会使炉管传热系数降低、造成局部过热现象、缩短炉管寿命，而且会降低装置处理量，严重制约装置的正常运转，因此需要定期烧焦。计算机控制下蒸汽—空气在线烧焦是国内采用的较为***的技术，但其存在的较大问题是烧焦时间过长。

如果在石油化工装置烧焦过程中，加入一种烧焦助燃剂，就可以通过降焦反应的活化能，大幅度提高烧焦反应速度，就能够在较低的温度下，达到缩短烧焦时间的目的。这一技术的研究有了一些突破性的进展。

克罗地亚的INOSd.O.O(Zagreb,Croatia)开发了一种适用于烃油加热炉炉管的催化烧焦方法。可用来取代传统的使用蒸汽+空气的炉管烧焦方法。

新方法是在蒸汽中混入催化剂，使烧焦反应热大大减少,故其烧焦速度比传统热烧焦方法倍。由于烧焦时间大大缩短，也即减少了时间，因而提高了炉子开工率。所用催化剂是一种不含重金属的无毒化合物，以水溶液形式被注入通入炉管的蒸汽流中，炉温可由燃烧器控制稳定。

因烧焦速度快，又不存在超温过热的危险，所以使炉管的烧焦操作很容易控制。