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催化燃烧技术分析以及工作原理

2020-10-10 15:29:58

文章摘要:

(一)、吸收法 吸收法可分为化学吸收和物理吸收,催化燃烧是利用废气中污染组分与吸收剂中活性组分发生化学反应,或是污染组分溶解在吸收剂中,从而达到将污染组分从废气中分离...

(一)、吸收法

吸收法可分为化学吸收和物理吸收,催化燃烧是利用废气中污染组分与吸收剂中活性组分发生化学反应,或是污染组分溶解在吸收剂中,从而达到将污染组分从废气中分离出来、净化废气目的。

由于喷漆产生有机废气中“三苯”化学活性低,化学吸收方法效果较差,一般不采用该方法;而物理吸收法存在效率不高、油雾夹带现象,使用范围也不广,目前可查阅到的成功案例仅有厦门某运动器材企业一例,该企业喷漆废气净化工艺为“水幕洗涤+金属网过滤+脱水+煤油喷淋塔喷淋+气液分离”,三苯类物质总浓度在250~600mg/m³范围内变化,出口浓度始终低于100mg/m³,能够实现达标排放,同时定期换下来的煤油可用于柴油机等燃油设备,达到循环经济和废物资源化的目的。

(二)、催化燃烧技术

催化燃烧技术指使用催化剂使VOCs在低温条件下燃烧,生成CO2、H2O、热量的一种净化技术。其特点是耗能少、起燃温度低,而且对浓度较低的VOCs也能进行处理。与一般热力燃烧相比,无需较多辅助热量,是一种新型环保的VOCs处理技术。

催化燃烧技术中,催化剂性能越高,对VOCs的净化就越彻底,反之则净化不够完全。催化剂的种类主要有金属氧化催化剂、贵金属催化剂等,贵金属催化剂由于成本高、易中毒和资源匾乏等缺点,应用的较少。目前,主要以金属氧化物催化剂为主,其高温稳定、低温高活性和抗中毒能力强等特点,使得它被广泛的应用在工业生产当中。我国科学家通过多次试验得到NiO/γ-Al2O3、CdO/γ-Al2O3、CuO/γ-Al2O3等多种催化剂,同时也验证了其起燃温度低、催化活性高的特点。而后科学家们用不同的催化剂对氯苯进行燃烧试验,发现在同等负载时,载体的不同对催化剂活性的影响巨大。Liu等相关人员采用浸渍法制备MnOx/TiO2、MnOx/Al2O3以及MnOx/SiO2催化剂,并对氯苯进行催化燃烧试验中发现催化剂活性较高的是MnOx/TiO2,在经过TPR与XRD测试分析表明出现此类现象的原因在于活性组分MnOx在该催化剂上具有较高的分散度。Yang等对SBA-15与MCM-41分子筛分别作为CuO载体催化苯燃烧的性能实验中,发现在载体SBA-15上CuO的分散度大于载体MCM-41,因而在载体SBA-15催化苯燃烧的活性高。

我国在VOCs的催化燃烧技术方面研究,但由于催化剂的制备、VOCs种类分析、工艺等多方位因素的影响,催化燃烧设备技术的过程都较为复杂,若将其应用在燃煤电厂中,种类繁多的VOCs和Cl、S、P、H2O等也都会降低催化剂活性。因此,要结合燃煤电厂的生产实际及工艺条件进行理论与实践的结合,有针对性的改变催化燃烧技术,保护生态环境。

(三)、工业挥发性有机废气的销毁治理技术

挥发性有机废气的成分主要包括脂肪烃、芳香烃、卤代烃、醇、醛、酮、酯、醚、酚、胺、腈、羧酸等,主要来源于石化、印刷、涂装、喷漆、皮革加工、化纤生产、塑料加工等涉及使用大量有机溶剂的行业的生产过程排放。

有机废气成分复杂,易燃、易爆并带有一定毒性,不仅会污染大气环境,生成光化学烟雾,破坏臭氧层,还会通过呼吸和皮肤吸收进入人体,刺激人的呼吸系统,影响人的神经系统和造血系统,损害肝、脾等器官,引起中毒、致癌甚至死亡。

销毁技术是工业挥发性有机废气的常用治理技术,销毁技术主要有催化燃烧技术、高温焚烧技术、生物氧化技术、光催化氧化技术、低温等离子体技术等。

1、催化燃烧技术

催化燃烧技术是在较低温度下,在催化剂作用下使废气中可燃组份彻底氧化生,从而使气体得到净化处理的一种废气处理方法,该方法适用于处理可燃或高温下可生的VOCs。催化燃烧技术优点是能耗低、性高、无二次污染、工艺操作简单、可用来恶臭、对可燃组份浓度和热值限制较小、大部分VOCs在200℃~400℃即可完成反应、辅助燃料消耗少且大量减少NOx产生、适用于气态和气溶胶态污染物治理;缺点是工艺条件要求严格、不允许废气中含有影响催化剂寿命和处理效率的尘粒和雾滴,不允许有使催化剂中毒物质、处理前须对废气作前处理、不适于处理燃烧过程中产生大量硫氧化物和氮氧化物的VOCs废气。

2、高温焚烧技术

高温焚烧技术主要应用于处理组份较为复杂且浓度较高的VOCs气体。目前,已应用于实践的炉型主要有三种,一是直接焚烧炉,二是对流换热式焚烧炉,三是蓄热式焚烧炉。实际应用中,需参考待处理气体组份等诸多物理和化学性质来选用适宜炉型以及焚烧参数。高温焚烧技术主要应用于制漆工业废气处理以及工业废气处理等。

3、生物氧化技术

生物氧化技术是利用微生物氧化、代谢、消化等过程,对有机物进行自然生、降解,较终转化为和水等,流程是含VOCs气体进入设备,先进行加湿处理,然后通入生物滤床,沿着滤床均匀地缓缓移动,通过平流、扩散和吸附等综合效应进入填料液膜中,进一步到生物膜中,与滤床上滤料表面生物菌种进行接触,在微生物作用下发生一系列生物化学反应,使得气体中VOCs被生、降解。生物氧化技术优点是成本低、设备统一、二次污染小、工艺过程简单等;缺点是效率低、周期较长、设备体积大、处理过程缓慢、对VOCs处理普适性差、难以应用于混合VOCs废气、只能降解某些特定有机物、一些生物菌种需要额外加入营养物质、生物菌种对降解温度及pH值等环境条件要求高。