15個問題解答VOCs催化燃燒的催化劑原理、應用及常見問題

2020-12-21 北極星環保網

北極星VOCs在線訊:催化燃燒技術作為VOCs廢氣處理工藝之一，因為其淨化率高，燃燒溫度低（一般低於350℃），燃燒沒有明火，不會有NOx等二次汙染物的生成，安全節能環保等特點，在環保市場應用有了很好的發展前景。催化劑作為催化燃燒系統的關鍵技術環節，催化劑的合成技術及應用規則就顯得尤為重要。

1.催化燃燒反應原理

催化燃燒反應原理是有機廢氣在較低溫度下在催化劑的作用下被完全氧化和分解，達到淨化氣體目的。催化燃燒是典型的氣固相催化反應，其原理是活性氧參與深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑的作用是降低反應的活化能，同時使反應物分子富集在催化劑表面上以提高反應速率。藉助於催化劑，有機廢氣可以在較低的起燃溫度下無焰燃燒並且在釋放大量熱量，同時氧化分解成CO2和H2O。



催化燃燒的催化劑反應原理圖

2.什麼是低溫催化劑

低溫催化劑性能指標：起燃溫度≤200℃，氧化轉化效率≥95%，孔密度200-400cpsi，抗壓強度≥8MPa。

3.VOCs催化劑在催化燃燒系統中的作用與影響

通常VOCs的自燃燒溫度較高，通過催化劑的活化，可降低VOCs燃燒的活化能，從而降低起燃溫度，減少能耗，節約成本。

另外：一般（無催化劑存在）的燃燒溫度都會在600℃以上，這樣的燃燒會產生氮氧化物，就是常說的NOx,這也是要嚴格控制的汙染物。催化燃燒是沒有明火的燃燒，一般低於350℃，不會有NOx生成，因此更為安全和環保。

4.什麼是空速？影響空速的因素有哪些

在VOCs催化燃燒系統中，反應空速通常指體積空速（GHSV），體現出催化劑的處理能力:反應空速是指規定的條件下，單位時間單位體積催化劑處理的氣體量，單位為m3/(m3催化劑•h)，可簡化為h-1。例如產品標註空速30000h-1：代表每立方催化劑每小時能處理30000m3廢氣。空速體現出催化劑的VOCs處理能力，因此和催化劑的性能息息相關。

5.貴金屬負載量與空速的關係，貴金屬含量是越高越好嗎？

貴金屬催化劑的性能與貴金屬的含量、顆粒大小和分散度相關。理想狀態下，貴金屬高度分散，此時的貴金屬以極小的顆粒（幾個納米）存在於載體上，貴金屬得到最大程度的利用，此時催化劑的處理能力與貴金屬含量成正相關。然而當貴金屬含量高到一定程度後，金屬顆粒容易聚集長大成為較大的顆粒，貴金屬與VOCs的接觸面反倒下降，大部分貴金屬被包在內部，此時增加貴金屬含量反而不利於催化劑活性的提高。

6.氣體燃燒後，氣體體積膨脹對空速的影響

穩定運行狀態下，氣體體積膨脹對空速影響不大，因為一般而言VOCs含量不高，僅僅這部分氣體的膨脹，體積流量的增加很少。

7.納米級催化劑的優勢

納米催化劑是指催化劑的有效成分（比如貴金屬）以納米的尺度分散在載體上，催化劑的有效成分儘可能多地暴露在氣體中，使兩者的接觸機會大大增加，這樣的催化劑一般性能更為優越。

8.起燃溫度和完全轉化溫度的定義，以及與廢氣濃度的關係

起燃溫度：淨化率達到10%所需要的溫度

完全轉換溫度：淨化率>98%所需要的溫度

催化燃燒一經點起燃將在很短時間內達到高溫，而廢氣的濃度達到一定程度後，其反應放熱可實現自熱催化反應。

9.催化劑的堆碼方式

在壓降允許的範圍內，催化劑應按照「高瘦型」方式堆放，高徑比應大於1.5。否則靠器壁的催化劑的利用率會較低，影響整體催化劑床層的催化效果。孔道與氣體流向一致，保持一定孔道長度，各段催化塊應錯開擺放，四邊與反應器爐壁接觸部位應採用鋼骨架折邊或採用耐高溫材料密封防止廢氣漏通。

10.廢氣預處理可延長催化劑和催化燃燒設備的壽命原因分析

廢氣可能含有一些對催化劑有害成分，如果已知有這樣的化學物質存在，則要對廢氣做預處理，否則這些有害成分會對催化劑的壽命產生很大影響。

廢氣應經過預處理（除塵除油除溼）再通入催化倉。灰塵、積碳及高沸粘性物附著於催化劑表面，覆蓋催化劑活性位點，會導致催化劑催化作用，因此，應儘量避免灰塵及高沸粘性物的引入。

較高溼度環境中，水蒸氣和油霧漆霧在高溫下容易與催化劑發生作用，造成催化劑燒結失活，因此應儘量減少水蒸氣和油霧漆霧進入催化劑床層。

11.催化燃燒系統廢氣濃度控制的重要性

合適的廢氣濃度可以保證催化燃燒系統安全高效的處理廢氣，同時有利於延長設備和催化劑的使用壽命。

濃度過低：大量的能量用於加熱空氣，能耗高，反應放熱不足以維持系統的自熱燃燒，這種工況建議對廢氣進行濃縮。

濃度過高：燃爆風險；溫升過高，燃燒溫度過高（長時間高於600度），對設備和催化劑都有傷害，這種工況建議加新風稀釋廢氣至爆炸下限以下。

12.催化燃燒設備啟動和停車注意事項

系統啟動前，新鮮空氣預熱催化劑，然後預熱廢氣至250度以上方可引入催化倉；系統停車前，先切斷廢氣，繼續加熱催化劑並通入新鮮空氣，保溫0.5小時，再切斷電源。

13.催化劑中毒說明

某些化學物質會使催化劑中毒，例如含磷，硫，鉛，汞，砷及滷素等的有機或無機物對催化劑的破壞作用很強，將導致催化劑的永久性失活，無法恢復活性。

14.催化劑積碳的處理

可將催化劑在新鮮空氣中，加熱至500℃，保持2-4小時，可除去或部分除去積碳。

15.影響催化劑壽命的因素

催化劑的使用請嚴格遵照催化劑的使用工況說明。影響催化劑壽命的因素有：廢氣的預處理狀況即廢氣的潔淨度，催化倉的溫度，滷素和催化劑的毒物，以及催化燃燒設備的操作規程等。


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