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1 催化燃烧的基本原理
催化燃烧是典型的气—固相催化反应,其实质是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低活化能,同时使反应物分子富集于表面提高了反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下,发生无焰燃烧,并氧化分解为CO2和H2O,同时放出大量热能,其反应过程为:
2 催化燃烧的特点
2.1 起燃温度低,节省能源
由表1可见,有机废气催化燃烧与直接燃烧相比,具有起燃温度低,能耗小的显著特点。在某些情况下,达到起燃温度后便无需外界供热。
2.2 适用范围广
催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多成分、又没有 回收价值的废气,采用吸附一催化燃烧法的处理效果更好。
2.3 处理效率高,无二次污染
用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上,最终产物为无害的CO2和H2O,因此无二次污染问题。此外,由于温度低,能大量减少NOx的生成。
3 催化燃烧工艺流程
根据废气预热方式及富集方式,催化燃烧工艺流程分为3种。
3.1 预热式
这是催化燃烧的最基本流程形式(见图1)。有机废气温度在100℃以下,浓度也较低,热量不能自给,因此在进入反应器前需要在预热室加热升温。燃烧净化后气体在热交换器内与未处理废气进行热交换,以回收部分热量。该工艺通常采用煤气或电加热升温至催化反应所需的起燃温度。
3.2 自身热平衡式
当有机废气排出温度高于起燃温度(在300℃左右)且有机物含量较高,热交换器回收部分净化气体所产生的热量,在正常操作下能够维持热平衡,无需补充热量,通常只需要在催化燃烧反应器中设置电加热器供起燃时使用见图2。
3.3 吸附—催化燃烧
当有机废气的流量大、浓度低、温度低、采用催化燃烧需耗大量燃料时,可先采用吸附手段将有机废气吸附于吸附剂上进行浓缩 ,然后通过热空气吹扫,使有机废气脱附成为浓缩了的高浓度有机废气(可浓缩10倍以上),再进行催化燃烧 。此时,不需要补充热源,就可维持正常运行，见图3。
对有机废气催化燃烧工艺的选择要取决于：①燃烧过程的放热量 ,即废气中可燃物的种类和浓度 ②起燃温度 ,即有机组分的性质及催化剂活性③热量 回收率等。当回收热量超过预热所需热量时,可实现自身热平衡运转,无需外界补充热源,这是最经济的。
