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催化燃燒廢氣處理設(shè)備的基本原理及催化劑的種類 

催化燃燒廢氣處理設(shè)備的基本原理及催化劑的種類

一、 催化燃燒廢氣處理設(shè)備的基本原理      催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化燃燒過(guò)程中，催化劑的作用是降低活化能，同時(shí)催化劑表面具有吸附作用，使反應(yīng)物分子富集于表面提高了反應(yīng)速率，加快了反應(yīng)的進(jìn)行。借助催化劑可使有機(jī)廢氣在較低的起燃溫度條件下，發(fā)生無(wú)焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時(shí)放出大量熱能。

二、催化燃燒的特點(diǎn)：起燃溫度低，節(jié)省能源     

有機(jī)廢氣催化燃燒與直接燃燒相比，具有起燃溫度低，能耗也小的顯著特點(diǎn)。在某些情況下，達(dá)到起燃溫度后便無(wú)需外界供熱。

催化劑及燃燒動(dòng)力學(xué)

   催化劑的主要性能指標(biāo)      

在空速較高，溫度較低的條件下，有機(jī)廢氣的燃燒反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近100%，表明該催化劑的活性較高。催化劑的活性分誘導(dǎo)活化、穩(wěn)定、衰老失活3個(gè)階段，有一定的使用限期，工業(yè)上實(shí)用催化劑的壽命一般在2年以上。使用期的長(zhǎng)短與最佳活性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)，而穩(wěn)定性取決于耐熱、抗毒的能力。對(duì)催化燃燒所用催化劑則要求具有較高的耐熱和抗毒的性能。有機(jī)廢氣的催化燃燒一般不會(huì)在很嚴(yán)格的操作條件下進(jìn)行，這是由于廢氣的濃度、流量、成分等往往不穩(wěn)定，因此要求催化劑具有較寬的操作條件適應(yīng)性。催化燃燒工藝的操作空速較大，氣流對(duì)催化劑的沖擊力較強(qiáng)，同時(shí)由于床層溫度會(huì)升降，造成熱脹冷縮，易使催化劑載體破裂，因而催化劑要具有較大的機(jī)械強(qiáng)度和良好的抗熱脹冷縮性能。 

 催化劑種類      

目前催化劑的種類已相當(dāng)多，按活性成分大體可分3類。 

1、貴金屬催化劑      

鉑、鈀、釕等貴金屬對(duì)烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用壽命長(zhǎng)，適用范圍廣，易于回收，因而是最常用的廢氣燃燒催化劑。如我國(guó)最早采用的Pt-Al2O3催化劑就屬于此類催化劑。但由于其資源稀少，價(jià)格昂貴，耐中毒性差，人們一直努力尋找替代品或盡量減少其用量。

 2、過(guò)渡金屬氫化物催化劑      

作為取代貴金屬催化劑，采用氧化性較強(qiáng)的過(guò)渡金屬氧化物，對(duì)甲烷等烴類和一氧化碳亦具有較高的活性，同時(shí)降低了催化劑的成本，常見(jiàn)的有MnOx、CoOx和CuOx等催化劑。大連理工大學(xué)研制的含MnO2催化劑，在130℃及空速13000h-1的條件下能消除甲醇蒸氣，對(duì)乙醛、丙酮、苯蒸氣的清除也很有效果。

1、復(fù)氧化物催化劑      一般認(rèn)為，復(fù)氧化物之間由于存在結(jié)構(gòu)或電子調(diào)變等相互作用，活性比相應(yīng)的單一氧化物要高。

主要有以下兩大類： （1）鈣鈦礦型復(fù)氧化物      稀土與過(guò)渡金屬氧化物在一定條件下可以形成具有天然鈣鈦礦型的復(fù)合氧化物，通式為ABO3，其活性明顯優(yōu)于相應(yīng)的單一氧化物。結(jié)構(gòu)中一般A為四面體型結(jié)構(gòu)，B為八面體形結(jié)構(gòu)，這樣A和B形成交替立體結(jié)構(gòu)，易于取代而產(chǎn)生品格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高活性的氧化中心，從而實(shí)現(xiàn)深度氧化反應(yīng)。常見(jiàn)的有幾類如：BaCuO2、LaMnO3等。 （2）尖晶石型復(fù)氧化物      作為復(fù)氧化物重要的一種結(jié)構(gòu)類型，以AB2X4表示.尖晶石亦具有優(yōu)良的深度氧化催化活性，如對(duì)CO的催化燃燒起燃點(diǎn)落在低溫區(qū)（約80℃），對(duì)烴類亦在低溫區(qū)可實(shí)現(xiàn)完全氧化.其中研究最為活躍的CuMn2O4尖晶石，對(duì)芳烴的活性尤為出色，如使甲苯完全燃燒只需260℃，實(shí)現(xiàn)低溫催化燃燒，具有特別實(shí)際意義。