催化焚燒的VOCs管理技能,從催化劑活性組分、催化劑結構、形狀、制備

Date:October 26, 2018 453

本文概述了催化焚燒的VOCs管理技能,從催化劑活性組分、催化劑結構、形狀、制備等角度,論述現在芳烴催化焚燒的發展趨勢。

        關鍵詞:芳烴;催化焚燒;催化劑

        前語:催化焚燒是一個氣-固相催化反響,其實質是活性氧參與深度氧化效果。在催化焚燒進程中,RTO催化劑下降反響的活化能,一起使反響物分子富集于催化劑外表,以進步反響速率。借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下發作無焰焚燒,并氧化分解成為CO2和H2O,一起放出很多熱量,到達了凈化廢氣的意圖。


         VOCs催化焚燒技能中,關鍵是催化劑的研制,其功能的好壞對廢氣銷毀功率和能耗有著決定性的影響。依照催化劑所用的活性組分不同,催化劑能夠分為貴金屬催化劑和非貴金屬氧化物催化劑兩大類。依照催化劑的形狀不同,催化劑能夠分為顆粒催化劑和全體式催化劑兩大類。


        1、催化劑概述


        1.1 催化劑的活性組分


        催化劑中活性組分是最重要的組成部分,直接影響催化效果,依照催化劑所運用的活性組分,可將催化劑分為貴金屬催化劑和過渡金屬催化劑兩大類。


        1.2 催化劑形狀


        催化劑的形狀不只影響反響器壓力降,也影響反響物和產品的渙散速度,以及反響選擇性和轉化率。因而,RTO資訊在催化焚燒反響進程中,催化劑在床層中的形狀對催化劑的催化焚燒功能有很大的影響。常用催化劑按形狀可分為顆粒狀和全體式催化劑兩大類。


        (1)顆粒狀催化劑


        催化焚燒是一個強放熱反響,顆粒催化劑在反響中會發生  “熱門”和部分高溫,催化劑易燒結失活;一起,顆粒催化劑床層壓降高,當含有粉塵的廢氣經過期,床層易被阻塞;別的顆粒催化劑強度低,易破損,阻力大。因而,顆粒催化劑并不合適催化焚燒空速和熱效應較大的工業有機廢氣。


        (2)全體式催化劑


         全體式催化劑是指一個反響器中只要一塊催化劑,英文名叫Monolith,一般為具有許多狹隘、直的或是曲折的平行通道的全體結構催化劑[1],因而對催化焚燒空速和熱效應較大的工業有機廢氣具有很好的運用遠景。催化活性組分負載在通道的壁面上,這些通道為催化劑活性組分與反響氣體供給了盡可能大的觸摸面積,一起也使氣體的壓力降降到最低。與傳統的顆粒催化劑比較,焚燒爐全體式催化劑具有以下長處[2]:1)床層壓降大幅下降;2)催化活性物質涂層薄,內外表利用率高,特別適用反響速度快、空速大和處于傳質操控進程的催化焚燒反響;3)氣流散布均勻,無熱門和溝流現象,反響器徑向和軸向的溫度梯度大大減小;4)不發生粉塵,也不易被外來粉塵阻塞;5)機械強度和熱安穩性較好;6)裝置簡略,既可水平裝置(氣流水平方向經過),也可筆直裝置(氣流上下經過)。


        全體式催化劑一般由活性組分和助劑、載體或涂層和基體三部分組成。基體首要起承載催化涂層的效果,首要分為兩類,一類是陶瓷基體(如堇青石、氧化鋁、莫來石);別的一類是金屬基體(如Fe-Cr-Al合金、金屬絲網)。


        ① 蜂窩陶瓷基體

         蜂窩陶瓷基體大多以耐熔性氧化物、鋁酸鹽和硅酸鹽材料(如氧化鋁、氧化鎂、二氧化鈦、石英、二氧化鋯、尖晶石、堇青石和碳化硅等)作為質料,因為堇青石蜂窩陶瓷價格便宜、原材料易得、生產工藝簡略和功能根本滿意運用需求,且與各種催化劑活性組分杰出的匹配性,孔壁薄熱膨脹系數和耐熱沖擊性好等長處,大多數廠家均將其作為全體式催化劑的基體。可是,蜂窩陶瓷基體也有一些缺少:1)一般制作工藝的蜂窩孔徑和壁厚還不能制得很小,使進一步進步催化強度和下降床層壓降受到限制;2)陶瓷導熱性差,熱容量大;3)用于汽車尾氣處理時,陶瓷的機械強度還不徹底飽嘗得住行車進程中的氣流沖擊和機械震動。


        ② 蜂窩金屬基體

         與蜂窩陶瓷基體比較,蜂窩金屬基體具有以下長處[3]:1)導熱系數大,能夠快速地將熱量傳遞,然后到達發動溫度或將熱量發出;2)壁薄、質輕、床層壓降小;3)機械強度高,耐振動;4)杰出的延展性,易于加工成型;5)金屬絲網基體具有三維多孔結構,答應氣流在多個孔道內交織活動,具有更大的傳熱速率和傳質功率。因而,金屬蜂窩基體戰勝陶瓷蜂窩基體的質脆、導熱性差等缺陷。可是金屬基體也存在熱膨脹系數高,涂層與金屬基體粘結強度不高、易掉落、工藝雜亂、價格相對較高級一系列問題,因而其不如陶瓷基體運用廣泛。


        (3)全體式催化劑制備


         全體式催化劑的制備辦法首要有兩種,一種是在催化劑基體(如堇青石蜂窩基體或金屬蜂窩基體)上涂覆氧化鋁凝膠等復合氧化物凝膠等復合氧化物涂層,然后再浸漬貴金屬。另一種是先把貴金屬浸漬在催化劑載體(如氧化鋁或其他材料)上,然后再制備成漿液涂敷在催化劑基體上。兩種辦法中,前者的制備工藝較為簡略,但因為該進程先在催化劑基體上涂覆氧化鋁凝膠,制得的氧化鋁涂層結實度不夠,易掉落,且貴金屬在基體上的渙散性欠好;后一種制備辦法中貴金屬渙散較好,且涂層較為安穩,結實度強。因而,現在大多采用后一種制備辦法[4]。


        2、用于芳烴催化焚燒催化劑的發展趨勢


        現在國內外對用于催化焚燒處理芳烴廢氣催化劑研討的發展趨勢是:

         (1)雖然非貴金屬催化劑成本低,熱安穩性相對較好,但催化活性低、起燃溫度高,難以實現工業運用。貴金屬催化劑具有其他金屬無與倫比的優越性,可是安穩性較差、價格昂貴,資源缺少,限制了其大規模運用。所以現在對催化焚燒催化劑的研討,首要是經過增加非貴金屬改進貴金屬催化劑的織構、結構、氧化復原等功能,進步催化劑的活性和選擇性、安穩性,下降貴金屬用量,實現單原子催化也成為貴金屬催化范疇的研討熱門。


         (2)現在的研討方針大多集中于易被催化焚燒的甲苯,但對結構安穩和毒性大的苯報導較少。別的,處理方針單一,大多數研制作業是在CH4、脂肪烴、醇、醛、甲苯等單一VOCs上進行,而實踐工業氣體往往組成非常雜亂,含有醛、醇和芳烴(如苯)及雜原子(Cl、N、S)有機物等。由處理一種VOCs到一起處理多種VOCs,及VOCs和其他污染物的混合物。


        (3)催化焚燒與其它操控技能相結合,使其運用規模更廣、處理功率更高,能耗更低:如吸附-催化焚燒、冷凝-催化焚燒等。


        (4)對氧化機理和反響動力學尚缺少深入的研討,特別對發作在催化劑上的反響路徑和分子活性氧需求更深入理解。此外,多種有機廢氣混合,易引起催化劑失活,這一系列雜亂的問題有待進一步探索。


        結束語:
         綜上所述,開發一種低溫催化活性高、安穩性好、功率高、可運用性強并以苯為方針分子的低含量貴金屬-非貴金屬全體式催化劑已成為處理芳烴廢氣催化劑的發展趨勢,不只可為社會帶來巨大的環境效益和經濟效益,一起也能為其他有毒VOCs的管理供給有力的技能支撐。


        參考文獻:
        [1]Skoglundh M,L?wendahl L O,Otterated J E. Combinations of  platinum and palladium on alumina supports as oxidation catalysts[J].  Applied catalysis,1991,77(1):9-20.
        [2]Roldán R,Beale A M,Sánchez-Sánchez M,et al. Effect of the  impregnation order on the nature of metal particles of bi-functional  Pt/Pd-supported zeolite Beta materials and on their catalytic activity  for the hydroisomerization of alkanes[J]. Journal of  catalysis,2008,254(1):12-26.
        [3]Veser G,Ziauddin M,Schmidt L D. Ignition in alkane oxidation  on noble-metal catalysts[J]. Catalysis Today,1999,47(1):219-228.
        [4]余鴻敏,盧晗鋒,陳銀飛. Pt摻雜對Cu-Mn-Ce復合氧化物催化焚燒功能的影響[J]. 化工學報,2011,62(4):947-952.


文章來源:中國RTO設備網

文章標題:催化焚燒的VOCs管理技能,從催化劑活性組分、催化劑結構、形狀、制備

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