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催化燃燒設備按照活性可以分為哪三類

  催化燃燒設備一般不能在非常嚴格的操作條件下進行,這是由于廢氣的濃度、流量、組成等往往是不穩定的,因此需要催化劑有較寬的適應性。催化法的操作空速較大,氣流對催化劑的沖擊力較強,同時因床層溫度升降而引起熱脹冷縮,催化劑載體容易破裂,因此催化燃燒設備催化劑要有較大的機械強度和良好的抗熱脹冷縮性能。

   直接催化燃燒是一種氣-固相催化反應過程,利用催化劑可以使有機廢氣在200~300℃范圍內進行無焰燃燒,并將其氧化分解成CO2和H2O,同時釋放大量熱能。其作用是使反應物分子富集于催化劑表面,從而降低反應的活化能,提高反應速度。催化劑有多種類型,按其活性組分可分為三類:貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑、復氧化物催化劑。

  一、催化燃燒設備催化劑按以下三種活性組分。

  1.貴金屬催化劑。

  Pt、Pd、Ru等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化反應均具有很高的催化活性,且使用壽命長,適用性廣,易回收,是常用的廢氣燃燒催化劑。這種催化劑在國內應用,如Pt2Al2O3催化劑。

  2、催化燃燒設備過渡金屬氧化物催化劑。

  過渡金屬氧化物作為貴金屬催化劑的替代品,對CH4等烴類和CO的氧化反應具有很好的催化活性,且成本較低,常見的有MnOx、CoOx、CuOx等。

  3、復合氧化物催化劑。

  普遍認為,由于存在結構或電子調變等相互作用,復合氧化物的活性高于相應的單一氧化物。主要有以下兩類:

  (1)鈣鈦礦型復合氧化物。

  在一定的條件下,稀土與過渡金屬氧化物可以形成天然鈣鈦礦型的復合氧化物,通式為ABO3,其活性明顯優于相應的單一氧化物。該結構在總體上是A型結構,B是八面體結構,因此A和B構成了交替立體結構,容易取代而發生質量缺陷,即催化活性中位,表面晶格氧供給高活性氧化中,從而完成深度氧化反應。BaCuO2、LaMnO3等都是常見的類型。

  (2)尖晶石型復合氧化物。

  用AB2X4表示,作為復合氧化物的重要結構類型。此外,尖晶石也具有良好的深度氧化催化活性,例如對CO的催化燃燒起燃點位于低溫區(約80℃),對烴類也能在低溫區完全氧化。在這段時間內,活性好的CuMn2O4尖晶石,如使甲苯完全燃燒僅需260℃,完成低溫催化燃燒,具有特別現實意義。

  (3)催化劑加載方法。

  通過以下方法可以將催化劑的活性成分沉積到載體上:電沉積于環繞或壓制的金屬載體上,沉積于顆粒陶瓷材料上;以及沉積于蜂窩結構陶瓷材料上。

  二、催化燃燒裝置對催化劑性能的要求。

  1、高活性:催化劑的活性直接影響催化燃燒的化學轉化率。其轉化速率不僅與催化活性材料本身的活性有關,還與催化劑載體的物理形態有直接關系。因此,在選擇合適的催化活性材料時,須考慮到載體的物理形態,保證催化劑的高活性,從而達到催化燃燒與凈化的目的。

  2、熱穩定性好:廢氣溫度隨時間變化而變化,若催化劑不適應一定范圍的溫度變化,則會使催化劑性能下降,凈化效率降低。因而,催化劑須具有適應一定范圍的溫度變化。

  3、高強度:催化劑在催化燃燒過程中,由于高溫、振動、氣流等因素的作用,會使催化劑產生破裂和磨損,使催化劑活性降低,催化劑床層的壓降變大,從而影響凈化效果。

  壽命長:催化活性材料大多價格昂貴,因此,在設計中選擇催化劑時應盡量使用壽命較長的催化劑。

  三、催化燃燒設備中催化劑的主要性能指標。

  尾氣催化燃燒裝置的特點:與直接燃燒相比,起燃溫度低、節能有機廢氣具有催化燃燒的顯著特點,其起燃溫度低,耗能少。有些情況下,達到起燃溫度后便無需外部加熱。

  尾氣催化燃燒裝置催化劑的主要性能指標:在空速較高、溫度較低的條件下,有機廢氣的燃燒反應轉化率接近大,表明該催化劑的活性較高。催化活性分誘導活化、穩定、衰老三個階段,具有一定的使用期限,工業上實用催化劑的使用壽命一般在2年以上。其作用時間的長短與良好活性結構的穩定性有關,而穩定性則取決于耐熱、毒性。

  尾氣催化燃燒設備對催化燃燒的催化劑有很高的耐熱性和抗毒性。由于尾氣濃度、流量、組分等往往不穩定,有機廢氣的催化燃燒對催化劑操作條件要求較高,對催化劑的適應性要求較高。催化法的操作空速較大,氣流對催化劑的沖擊力較強,同時因床層溫度升降而引起熱脹冷縮,催化劑載體容易破裂,因此催化劑要有較大的機械強度和良好的抗熱脹冷縮性能。再加上一點。


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