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催化燃烧设备按照活性可以分为哪三类

  催化燃烧设备一般不能在非常严格的操作条件下进行,这是由于废气的浓度、流量、组成等往往是不稳定的,因此需要催化剂有较宽的适应性。催化法的操作空速较大,气流对催化剂的冲击力较强,同时因床层温度升降而引起热胀冷缩,催化剂载体容易破裂,因此催化燃烧设备催化剂要有较大的机械强度和良好的抗热胀冷缩性能。

  直接催化燃烧是一种气-固相催化反应过程,利用催化剂可以使有机废气在200~300℃范围内进行无焰燃烧,并将其氧化分解成CO2和H2O,同时释放大量热能。其作用是使反应物分子富集于催化剂表面,从而降低反应的活化能,提高反应速度。催化剂有多种类型,按其活性组分可分为三类:贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、复氧化物催化剂。

  一、催化燃烧设备催化剂按以下三种活性组分。

  1.贵金属催化剂。

  Pt、Pd、Ru等贵金属对烃类及其衍生物的氧化反应均具有很高的催化活性,且使用寿命长,适用性广,易回收,是常用的废气燃烧催化剂。这种催化剂在国内应用,如Pt2Al2O3催化剂。

  2、催化燃烧设备过渡金属氧化物催化剂。

  过渡金属氧化物作为贵金属催化剂的替代品,对CH4等烃类和CO的氧化反应具有很好的催化活性,且成本较低,常见的有MnOx、CoOx、CuOx等。

  3、复合氧化物催化剂。

  普遍认为,由于存在结构或电子调变等相互作用,复合氧化物的活性高于相应的单一氧化物。主要有以下两类:

  (1)钙钛矿型复合氧化物。

  在一定的条件下,稀土与过渡金属氧化物可以形成天然钙钛矿型的复合氧化物,通式为ABO3,其活性明显优于相应的单一氧化物。该结构在总体上是A型结构,B是八面体结构,因此A和B构成了交替立体结构,容易取代而发生质量缺陷,即催化活性中位,表面晶格氧供给高活性氧化中,从而完成深度氧化反应。BaCuO2、LaMnO3等都是常见的类型。

  (2)尖晶石型复合氧化物。

  用AB2X4表示,作为复合氧化物的重要结构类型。此外,尖晶石也具有良好的深度氧化催化活性,例如对CO的催化燃烧起燃点位于低温区(约80℃),对烃类也能在低温区完全氧化。在这段时间内,活性好的CuMn2O4尖晶石,如使甲苯完全燃烧仅需260℃,完成低温催化燃烧,具有特别现实意义。

  (3)催化剂加载方法。

  通过以下方法可以将催化剂的活性成分沉积到载体上:电沉积于环绕或压制的金属载体上,沉积于颗粒陶瓷材料上;以及沉积于蜂窝结构陶瓷材料上。

  二、催化燃烧装置对催化剂性能的要求。

  1、高活性:催化剂的活性直接影响催化燃烧的化学转化率。其转化速率不仅与催化活性材料本身的活性有关,还与催化剂载体的物理形态有直接关系。因此,在选择合适的催化活性材料时,须考虑到载体的物理形态,保证催化剂的高活性,从而达到催化燃烧与净化的目的。

  2、热稳定性好:废气温度随时间变化而变化,若催化剂不适应一定范围的温度变化,则会使催化剂性能下降,净化效率降低。因而,催化剂须具有适应一定范围的温度变化。

  3、高强度:催化剂在催化燃烧过程中,由于高温、振动、气流等因素的作用,会使催化剂产生破裂和磨损,使催化剂活性降低,催化剂床层的压降变大,从而影响净化效果。

  寿命长:催化活性材料大多价格昂贵,因此,在设计中选择催化剂时应尽量使用寿命较长的催化剂。

  三、催化燃烧设备中催化剂的主要性能指标。

  尾气催化燃烧装置的特点:与直接燃烧相比,起燃温度低、节能有机废气具有催化燃烧的显著特点,其起燃温度低,耗能少。有些情况下,达到起燃温度后便无需外部加热。

  尾气催化燃烧装置催化剂的主要性能指标:在空速较高、温度较低的条件下,有机废气的燃烧反应转化率接近大,表明该催化剂的活性较高。催化活性分诱导活化、稳定、衰老三个阶段,具有一定的使用期限,工业上实用催化剂的使用寿命一般在2年以上。其作用时间的长短与良好活性结构的稳定性有关,而稳定性则取决于耐热、毒性。

  尾气催化燃烧设备对催化燃烧的催化剂有很高的耐热性和抗毒性。由于尾气浓度、流量、组分等往往不稳定,有机废气的催化燃烧对催化剂操作条件要求较高,对催化剂的适应性要求较高。催化法的操作空速较大,气流对催化剂的冲击力较强,同时因床层温度升降而引起热胀冷缩,催化剂载体容易破裂,因此催化剂要有较大的机械强度和良好的抗热胀冷缩性能。再加上一点。


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