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催化燃烧法

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 催化燃烧法定义：

      催化燃烧法是在催化剂的作用下将废气中的有机污染物完全氧化成CO2和H2O。催化燃烧法的起燃温度低，安全性能好，对需净化有机物的浓度限制小，这使催化燃烧法较多应用于低浓度有机污染物的处理，但废气中的尘粒和雾滴有可能使催化剂寿命降低，因而催化燃烧法不宜于处理含尘粒和雾滴的有机废气。
(1)催化燃烧的催化剂有贵金属催化剂、非贵金属催化剂和稀土金属催化剂，通常将催化剂的活性组分载到载体上制成粒状或蜂窝状使用。
(2) 催化燃烧法的流程与设备
催化燃烧法的流程具有以下特点：
① 进入催化燃烧装置的气体首先要经过预处理，除去粉尘、液滴及有害组分，避免催化剂床层的堵塞和催化剂的中毒。
② 进入催化剂床层的气体温度必须要达到所用催化剂的起燃温度，催化反应才能进行。因此对于低于起燃温度的进气，必须进行预热使其达到起燃温度。特别是开车时，对冷进气须进行预热，因而催化燃烧法适用于处理连续排出的有机废气。
③ 催化燃烧有机废气会产生一定量的反应热，在产生热量大时，应注意回收反应热。
 
催化燃烧装置:
主要由热交换器、燃烧室、催化反应器、热回收系统和净化烟气的排放烟囱等部分组成，如右图所示。其净化原理是：未净化气体在进入燃烧室以前，先经过热交换器被预热后送至燃烧室，在燃烧室内达到所要求的反应温度，氧化反应在催化反应器中进行，净化后烟气经热交换器释放出部分热量，再由烟囱排入大气。
 
催化燃烧装置构成图：

催化燃烧装置设计注意事项：
1、气流和温度均匀分布。要使通过催化剂表面的气流和温度分布均匀，并保证火焰不直接接触催化剂表面，燃烧室必需具有足够的长度和空间。催化燃烧装置应具有良好的保温效果。炉体一般用钢结构的外壳内衬耐火材料，或用双层夹墙结构。
2、便于清洗和更换。催化剂反应器一般应设计成装卸方便的模屉结构，便于清洗和更换催化剂载体。
3、辅助燃料和助燃。催化燃烧一般采用天然气作辅助燃料，也可用燃料油、电加热等作辅助燃料。助燃一般用净化后的气体，如果净化后的气体不能作为助燃，则应引入空气助燃。
4、较高的转化速度。由于催化燃烧为不可逆的放热反应，所以，无论反应进行到什么阶段，都应在尽可能高的温度下进行，以获得较高的转化速度。但操作温度往往受某些条件的限制，如催化剂的耐热温度、高温材料的获得，热能的供应，以及是否伴有副反应等。因而实际生产中应根据实际情况恰当地选择。
 
催化燃烧核心：催化剂
催化剂是催化燃烧法的核心，一种好的催化剂必须具备催化活性高、热稳定性好、强度高、寿命长等特性。
1、活性高。催化剂的活性好坏直接影响催化燃烧的化学转化率。而转化率不仅与催化活性材料自身的活性有关，而且与催化载体的物理形状有着直接关系。所以，在选择适应的催化活性材料的同时，还必须考虑催化载体的物理形状，保证催化剂有较高的活性，达到催化燃烧净化的目的。
2、热稳定性好。由于废气的温度随时变化，如果催化剂不能适应一定范围内的温度变化，催化剂的性能就会下降，净化效率就会降低。因此，催化剂必须具备适应一定范围内的温度变化。
3、强度高。在催化燃烧过程中，催化剂往往会因高温、振动和气流等因素的作用，使催化剂产生破裂和磨损，破裂和磨损会造成催化剂的活性降低，增加催化剂床层的压降，影响净化效果。
4、寿命长。催化活性材料大都比较昂贵，所以，设计时选用催化剂时应尽量使用寿命较长的催化剂。
 
催化燃烧法优缺点：
 
优点：
1、可以降低有机废气的起始燃烧温度。（例如甲醇、甲醛在以氧化铝为载体的Pt催化剂(Pt/Al2O3)的作用下,室温下就开始燃烧,而直接燃烧法起始燃烧点通常为300～600℃。）
2、燃烧不受碳氢化合物浓度的限制。
3、基本上不会造成二次污染。
4、设备较简单，投资少，见效快。

缺点：
催化燃烧法存在的主要问题是催化剂易中毒和不耐高温。易使催化剂中毒的物质有焦油、油烟、粉尘、铅化合物和硫、磷、卤族元素的化合物等。为了保持催化剂的活性，一般都采用前处理的办法，预先除掉有毒物质。近几年来，含稀土元素的钙钛矿结构的复合氧化物催化剂的研制在提高耐高温性能等方面有所进展。中国研制的稀土元素催化剂已用于有机废气的治理。