在催化燃烧反应中,由于使用了固体催化剂,使得反应的起燃温度明显降低。在工业有机废气处理的领域中,应用催化燃烧技术,就是根据它的以下两个显著特点而进行的。
(1)节约能源,能够将一般热力燃烧不可能处理的,浓度较低的有机废气进行充分燃烧,无需连续施加大量辅助热能。
(2)无二次污染,既没有高温燃烧过程中的NOx和CO产生,也没有SO2产生。也不会带来煤烟和粉尘的污染。
催化燃烧的工艺组成不同的排放场合和不同的废气,有不同的工艺流程。但不论采取哪种工艺流程,都由如下工艺单元组成。
①废气预处理为了避免催化剂床层的堵塞和催化剂,废气在进入床层之前必须进行预处理,以除去废气中的粉尘、液滴及催化剂的毒物。
②预热装置预热装置包括废气预热装置和催化剂燃烧器预热装置。因为催化剂都有一个催化活性温度,对催化燃烧来说称催化剂起燃温度,必须使废气和床层的温度达到起燃温度才能进行催化燃烧,因此,必须设置预热装置。但对于排出的废气本身温度就较高的场合,如漆包线、绝缘材料、烤漆等烘干排气,温度可达300℃以上,则不必设置预热装置。如果这一点能够顺利实现,商业化的发动机可以节约燃油25%以上。
预热装置加热后的热气可采用换热器和床层内布管的方式。预热器的热源可采用烟道气或电加热,目前采用电加热较多。当催化反应开始后,可尽量以回收的反应热来预热废气。在反应热较大的场合,还应设置废热回收装置,以节约能源。
预热废气的热源温度一般都超过催化剂的活性温度。为保护催化剂,加热装置应与催化燃烧装置保持一定距离,这样还能使废气温度分布均匀。
从需要预热这一点出发,催化燃烧法适用于连续排气的净化,若间歇排气,不仅每次预热需要耗能,反应热也无法回收利用,会造成很大的能源浪费,在设计和选择时应注意这一点。
整体式催化剂制备
整体式催化剂的制备方式主要有两种,一种是在催化剂基体(如堇青石蜂窝基体或金属蜂窝基体)上涂覆氧化铝凝胶等复合氧化物凝胶等复合氧化物涂层,然后再浸渍。另一种是先把浸渍在催化剂载体(如氧化铝或其他材料)上,然后再制备成浆液涂敷在催化剂基体上。两种方式中,前者的制备工艺较为简单,但由于该过程先在催化剂基体上涂覆氧化铝凝胶,制得的氧化铝涂层牢固度不够,易脱落,且在基体上的分散性不好;后一种制备方法中分散较好,且涂层较为稳定,牢固度强。因此,目前大多采用后一种制备方法[4]。另外,催化剂促进的无焰燃烧,产生的热流温度适中,无须冷却空气进行稀释,可直接驱动燃气轮机,从而提高热效。