VOCs(揮發性有機物)種類繁多,來源也十分廣泛,成分復雜,常見的有烴類、醇類、醚類、酯類等。加油站、裝修、餐飲、干洗、噴涂、化工等生產或使用有機溶劑的行業都會產生VOCs排放。即使同一物質,由于風量不同、濃度不同,所需技術路線也不一樣。當前VOCs處理方法有數十種,VOCs的末端處理技術包含兩類,第一類是非破壞性方法,即采用物理方法將VOCs回收;第二類是通過生化反應將VOCs氧化分解為無毒或低毒物質的破壞性方法。具體方法上,前者包括冷凝法、吸附法、吸收法和燃燒法。后者有生物法、膜技術、光催化降解和等離子技術。
為了提高熱利用效率,降低設備的運行費用,近年來發展了蓄熱式熱力焚燒技術(RTO)和蓄熱式催化燃燒技術(RCO)。RTO和RCO技術換熱效率高,可以在VOCs較低濃度下使用,近年來得到了廣泛應用。
催化燃燒法是在催化劑的作用下,將VOCs在200~400℃的低溫條件下分解為CO2和H2O,是凈化碳氫化合物廢氣,消除惡臭的有效手段之一。RCO技術已成為VOCs控制的主流技術。但關鍵問題在于如何提高催化劑的活性和穩定性,提高催化劑適用性,以及降低催化劑成本。
催化燃燒裝置(RCO)
RCO,是指蓄熱式催化燃燒法,英文名為“RegenerativeCatalyticOxidationOxidition”。
催化燃燒法是在催化劑的作用下,將VOCs在200~400℃的低溫條件下分解為CO2和H2O,是凈化碳氫化合物廢氣,消除惡臭的有效手段之一。
RCO作用原理是:第一步是催化劑對VOC分子的吸附,提高了反應物的濃度,第二步是催化氧化階段降低反應的活化能,提高了反應速率。借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度下,發生無氧燃燒,分解成CO2和H2O放出大量的熱,與直接燃燒相比,具有起燃溫度低,能耗小的特點,某些情況下達到起燃溫度后無需外界供熱,反應溫度在200-400℃。
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主要反應機理
催化燃燒催化劑
貴金屬催化劑:
Pt,Pd,Rh等貴金屬催化劑,是最成熟、工業應用最廣泛的;特點:活性高,選擇性好。
過渡金屬氧化物催化劑:
非貴金屬及其氧化物Mn、Cu、Cr、Ni、Ce、Zr等及其氧化物或復合氧化物催化劑。主要特點是:成本低、制備簡單、針對一些特殊污染物有較高的活性。目前已有較成熟的Cu-Mn-O催化劑在工業中應用,但是范圍不廣。
催化劑作用特點
催化劑能夠加快化學反應速度,但它本身并不進入化學反應的計量。
催化劑對反應具有選擇性,即催化劑對反應類型、反應方向和產物的結構具有選擇性。
催化劑只能加速熱力學上可能進行的化學反應,而不能加速熱力學上無法進行的反應。
催化劑只能改變化學反應的速度,而不能改變化學平衡的位置。
催化劑不改變化學平衡,意味著對正方向有效的催化劑,對反方向的反應也有效。
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