吸附催化燃烧的设计要素及设计时需要考虑的问题

发布时间：2019-04-23

催化燃烧设备的使用越来越频繁，这一点早已不是什么秘密。这是因为现今废气处理技术中，主要有燃烧、冷凝、吸附、膜处理技术等。除燃烧技术外，其它处理方法主要适合于物种较单一、废气工况较稳定的场合，而且可适用工况范围均较小。但是大多数工业废气存在物种复杂、工况波动大，回收价值不高的问题，对于这一类尾气较适合采用燃烧技术。另外，与普通的热力焚烧处理技术相比，催化燃烧技术具有很多优点，据市场分析数据，催化燃烧技术在废气环保处理技术中已占50～60%之多，成为主流成熟的废气处理技术。

催化燃烧过程的燃烧过程是在催化燃烧装置进行。废气通过热交换器预热至200～400℃，然后进入燃烧室。当它通过催化剂床时，混合气体中的烃分子和氧分子分别吸附在催化剂表面上并活化。由于表面吸附降低了反应的活化能，碳氢化合物和氧分子在较低温度下被氧化，产生二氧化碳和水。催化剂燃烧反应的关键是选择合适的催化剂。催化剂的需求:高活动，尤其是低温活性好，所以开始的时候温度尽可能低。燃烧是一种放热反应，释放大量的热量可使催化剂表面达到500～1000摄氏度，而且催化剂易熔化，活性降低，因此要求催化剂能够承受高温。

用于催化燃烧的催化剂可分为1：1贵金属：铂、钯、钌等。贵金属催化剂具有较高的活性和氧化容易回收，等等，虽然有稀缺资源，昂贵的和糟糕的抗毒性缺点，但仍然是世界上主要的催化剂。非贵金属：过渡元素氧化物和稀土元素氧化物。单组分氧化物，如氧化铜(CuO)和氧化镍(NIO)。单组分氧化物的耐热性差，活性低，限制了其应用。后切换到两个或两个以上的金属氧化物的混合物，如二氧化锰-氧化铜(3:2)化合物，三氧化二铁-铬酸复杂，铜氧化物、三氧化铬复杂，尖晶石复杂钴、锰、铜、锰、镍、锌铬酸盐等。虽然复合氧化物可以   某些催化性能，但氧化活性仍低于贵金属。此外，还存在钍、镍、钼、硫化钴等金属硫化物。一般只适用于这类催化剂催化燃烧的碳氢化合物，硫、使用温度限制在300~400℃，高温，容易分解。

吸附催化燃烧在设计方面的关键点

吸附催化燃烧应用逐渐增多，相关技术也已趋于成熟。在设计方面，主要是以下几个关键点：一是加热热交换与尾气热回收热交换的设计，二是对催化剂填料层的设计和催化剂选型，三是对设备运行控制和   控制设计。

(1)活性炭升温和催化燃烧室升温控制。在使用脱附+催化燃烧时，应将催化燃烧室温度升至工作温度后，然后再对活性炭进行逐步升温脱附；而有些厂家设计在催化燃烧室的温度没有达到设计温度时，就开始对活性炭进行升温脱附，此种情况造成脱附出的废气无法   的经过催化燃烧室燃烧。

(2)催化燃烧室预热。催化室预热时，未对流动的气流进行动态加热，而是对催化室内的空气进行静态加热，导致一旦废气进入催化燃烧室，其催化室温度下降，造成达不到催化燃烧的温度。

(3)利用催化燃烧的热部分尾气作为活性炭脱附气体。催化燃烧的尾气温度较高，一般300℃左右，为降低能耗，部分厂家设计是利用处理后的尾气作为脱附热气。活性炭碳的脱附温度只需要80—90℃，利用尾气前先对尾气进行降温处理，若不能将温度降至设计范围，就会存在活性炭着火的风险；而且脱附产生的废气是浓缩废气，其浓度较高，与高温气体接触也会存在爆炸的风险。如果采用燃气加热，燃气燃烧产生的废气和燃气本身所含部分因子，也会对活性炭、催化剂造成不利影响；再有燃气使用若控制不好，   气未燃烧直接进入催化装置，一旦点火也会发生爆炸，其风险相比电加热   大。

催化燃烧装置设计时应考虑以下几方面问题

1、辅助燃料和助燃。催化燃烧一般采用   气作辅助燃料，也可用燃料油、电加热等作辅助燃料。助燃一般用净化后的气体，如果净化后的气体不能作为助燃，则应引入空气助燃。

2、气流和温度均匀分布。要使通过催化剂表面的气流和温度分布均匀，并火焰不直接接触催化剂表面，燃烧室   具有足够的长度和空间。催化燃烧装置应具有良好的保温效果。炉体一般用钢结构的外壳内衬耐火材料，或用双层夹墙结构。

3、较高的转化速度。由于催化燃烧为不可逆的放热反应，所以，无论反应进行到什么阶段，都应在尽可能高的温度下进行，以获得较高的转化速度。但操作温度往往受某些条件的限制，如催化剂的耐热温度、高温材料的获得，热能的供应，以及是否伴有副反应等。因而实际生产中应根据实际情况恰当地选择。

4、便于清洗和换。催化剂反应器一般应设计成装卸方便的模屉结构，便于清洗和换催化剂载体。