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        廢氣處理技術之催化燃燒法

        來源:未知    作者: 本藍環保; 發布日期:2020-10-16 10:50

        廢氣處理技術之催化燃燒法
         
        催化燃燒法關于廢氣處理而言,能夠讓燃燒物在較低的溫度下燃燒,關于改進燃燒進程以及下降反應溫度、促進燃燒物徹底燃燒然后完結按捺有毒有害物質的構成等各個方面都有十分重要的效果,是一個環境友好的進程,催化燃燒法使用領域不斷發展,已現已廣泛地使用在工業廢氣處理諸多方面。
         
        催化燃燒法是憑借催化劑在低溫下(200~400℃)下,完結對有機物的徹底氧化,因而,能耗少,操作簡潔,安全,凈化效率高,在有機廢氣特別是收回價值不大的有機廢氣凈化方面,比方化工,噴漆、絕緣材料、漆包線、涂料生產等行業使用較廣,已有不少定型設備可供選用。    
         
        一、催化原理及設備組成   
         
        (1)催化劑界說:催化劑是一種能進步化學反應速率,操控反應方向,在反應前后自身的化學性質不發生改動的物質。
         
        (2) 催化效果機理:催化效果的機理是一個很雜亂的問題,這兒僅做簡介。在一個化學反應進程中,催化劑的參與并不能改動原有的化學平衡,所改動的僅是化學反應的速度,而在反應前后,催化劑自身的性質并不發生改動。
         
        那么,催化劑是怎樣加快了反應速度呢了已然反應前后催化劑不發生改動,那么催化劑究竟參與了反應沒有?實際上,催化劑自身參與了反應,正是因為它的參與,使反應改動了原有的途徑,使反應的活化能下降,然后加快了反應速度。
         
        例如反應A+B→C是經過中心活性結合物(AB)過渡而成的,即: A+B→[AB]→C  其反應速度較慢。當參與催化劑K后,反應從一條很簡單進行的途徑完結: A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K      
         
        中心不再需求[AB]向C的過渡,然后加快了反應速度,而催化劑并未改動性質。      
         
        (3) 催化燃燒法的工藝組成:不同的排放場合和不同的廢氣,有不同的工藝流程。但不管采納哪種工藝流程,都由如下工藝單元組成。
         
        ①廢氣預處理:為了避免催化劑床層的阻塞和催化劑中毒,廢氣在進入床層之前有必要進行預處理,以除掉廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。 
         
        ②預熱設備:預熱設備包含廢氣預熱設備和催化劑燃燒器預熱設備。
         
        廢氣處理技術之催化燃燒法
         
        因為催化劑都有一個催化活性溫度,對催化燃燒法來說稱催化劑起燃溫度,有必要使廢氣和床層的溫度到達起燃溫度才干進行催化燃燒,因而,有必要設置預熱設備。但關于排出的廢氣自身溫度就較高的場合,如漆包線、絕緣材料、烤漆等烘干排氣,溫度可達300℃以上,則不用設置預熱設備。  
         
        預熱設備加熱后的熱氣可選用換熱器和床層內布管的辦法。
         
        預熱器的熱源可選用煙道氣或電加熱,現在選用電加熱較多。當催化反應開端后,可盡量以收回的反應熱來預熱廢氣。
         
        在反應熱較大的場合,還應設置廢熱收回設備,以節約動力。  
         
        預熱廢氣的熱源溫度一般都超越催化劑的活性溫度。
         
        為維護催化劑,加熱設備應與催化燃燒設備堅持必定間隔,這樣還能使廢氣溫度散布均勻。 
         
        從需求預熱這一點動身,催化燃燒法最適用于接連排氣的凈化,若間歇排氣,不只每次預熱需求耗能,反應熱也無法收回使用,會構成很大的動力糟蹋,在規劃和挑選時應留意這一點。 
         
        ③催化燃燒設備:一般選用固定床催化反應器。反應器的規劃按標準進行,應便于操作,修理便利,便于裝卸催化劑。 
         
        在進行催化燃燒的工藝規劃時,應根據具體情況,關于處理氣量較大的場合,規劃成分建式流程,即預熱器、反應器獨立裝設,其間用管道銜接。關于處理氣量小的場合,可選用催化燃燒爐,把預熱與反應組合在一起,但要留意預熱段與反應段間的間隔。
         
        在有機物廢氣的催化燃燒中,所要處理的有機物廢氣在高溫下與空氣混合易引起爆破,安全問題十分重要。
         
        因而,一方面有必要操控有機物與空氣的混合比,使之在爆破下限;另一方面,催化燃燒系統應設監測報警設備和有防爆辦法。     
         
        二、催化燃燒法用催化劑      
         
        因為有機物催化燃燒法的催化劑分為貴金屬(以鉑、鈀為主)和賤金屬催化劑。
         
        貴金屬為活性組分的催化劑分為全金屬催化劑和以氧化鋁為載體的催化劑。
         
        全金屬催化劑是以鎳或鎳鉻合金為載體,將載體做成帶、片、丸、絲等形狀,選用化學鍍或電鍍的辦法,將鉑、鈀等貴金屬堆積其上,然后做成便于裝卸的催化劑構件。
         
        由氧化鋁作載體的貴金屬催化劑,一般是以陶瓷結構作為支架,在陶瓷結構上涂覆一層僅有0.13mm的α-氧化鋁薄層,而活性組分鉑、鈀就以微晶狀況堆積或渙散在多孔的氧化鋁薄層中。     
         
         但因為貴金屬催化劑價格昂貴,資源少,多年來人們特別重視新式的、價格較為廉價的催化劑的開發研討,我國是世界上稀土資源最多的國家,我國的科技工作者研討開發了不少稀土催化劑,有些功能也較好。    
         
        三、催化劑中毒與老化 在催化劑使用進程中,因為系統中存在少數雜質,可使催化劑的活性和挑選性減小或許消失,這種現象叫催化劑中毒。
         
        這些能使催化劑中毒的物質稱之為催化劑毒物,這些毒物在反應進程中或強吸附在活性中心上,或與活性中心起化學效果而變為其他物質,使活性中心失活。     
         
        毒物一般是反應原猜中帶來的雜質,或許是催化劑自身的某些雜質,別的,反應產品或副產品自身也或許對催化劑毒化,一般所指的是硫化物如H2S、硫氧化碳、RSH等及含氧化合物如H2O、CO2、O2以及含磷、砷、鹵素化合物、重金屬化合物等。      
         
        毒物不單單是對催化劑來說的,并且還針對這個催化劑所催化的反應,也便是說,對某一催化劑,只要聯絡到它所催化的反應時,才干清楚什么物質是毒物。
         
        即便同一種催化劑,一種物質或許毒化某一反應而不影響另一反應。      
         
        按毒物與催化劑外表效果的程度可分為暫時性中毒和永久性中毒。暫時性中毒亦稱可逆中毒,催化劑外表所吸附的毒物可用解吸的辦法驅趕,使催化劑康復活性,可是這種可再生性一般也不能使催化劑康復到中毒前的水平。
         
        永久性中毒稱不可逆中毒,這時,毒物與催化劑活性中心生成了斷合力很強的物質,不能用一般辦法將它去除或底子無法去除。    
         
        催化劑的老化首要是因為熱安穩性與機械安穩性決議的,例如低熔點活性組分的丟失或進步,會大大下降催化劑的活性。催化劑的工作溫度對催化劑的老化影響很大,溫度挑選和操控欠好,會使催化劑半熔或燒結,然后導致催化劑外表積的下降而下降活性。
         
        別的,內部雜質向外表的搬遷,冷熱應力替換所構成的機械性粉末被氣流帶走。所有這些,都會加快催化劑的老化,而其中最首要的是溫度的影響,工作溫度越高,老化速度越快。
         
        因而,在催化劑的活性溫度規模內挑選適宜的反應溫度將有助于延伸催化劑的壽命??墒?,過低的反應溫度也是不可取的,會下降反應速率。 
         
        為了進步催化劑的熱安穩性,常常挑選適宜的耐高溫的載體來進步活性組分的渙散度,可避免其顆粒變大而燒結,例如以純銅作催化劑時,在200℃即失掉活性,但假如選用共堆積法將Cu載于Cr2O3載體上,就能在較高的溫度下堅持其活性。    
         
        催化燃燒法是憑借催化劑使有機物廢氣在較低的起燃溫度條件下進行無焰燃燒分解為二氧化碳和水蒸汽,并放出很多熱能,用化學式表明如下:
         
        在催化燃燒中,催化劑的效果是: 進步反應速率;下降反應溫度;削減反應器的體積。
         
        現在用于催化燃燒的催化劑除鉑、鈀類貴金屬外,非金屬催化劑的研發與使用也日益廣泛。關于碳氫化合物和一氧化碳,催化劑的活性次序為:  Pd > Pt > CO3O4 > PdO > CrO3 > Mn2O3 > CuO > CeO2 > Fe2O3 > V2O5 > NiO > Mo2O3 > TiO2  在催化劑的功能指標中,空間速度Vs表明催化設備處理
         
        催化燃燒法首要流程:   
         
        有機廢氣的濃度有必要操控在相應有機物爆破極限的25%以下,當有機廢氣濃度有或許超越此值時,應設備野風閥將其沖淡到安全值。
         
        因而在規劃中應選用活絡牢靠的溫度、濃度測定設備,以隨時進行人工或主動調理。    
         
        為避免有機廢氣在催化劑床層上燃燒時的火焰延伸,應在有機廢氣進入凈 化設備前設備阻火器?,F在較多選用干式阻火器,阻火材料一般為玻璃球、礫石、多孔金屬板、金屬絲網等。 
         
        (1) 催化燃燒凈化設備燃燒前,有必要用空氣將風道、燃燒室等吹掃潔凈,以消除或許集合在這些部位的可燃氣體,避免燃燒時發生起火或爆破。 
         
         (2) 設備中或許積存有油污、凝液等可燃物質,它們在設備開端工作加熱時會汽化成為可燃、可爆的氣體,然后有或許導致爆破。因而在燃燒前應將這些物質鏟除潔凈。  
         
        (3) 燃燒時應以火等氣,不能以氣等火。   
         
        有機物RH在催化劑效果下完結氧化,一般需經過以下進程: 
         
        1. 反應物分子由氣相分散到催化劑外表; 
         
        2. 經過細孔由外表面向內外表分散; 
         
        3. 克信服固界面膜的阻力被催化劑外表的活性部位吸附(至少吸附一種反應物); 
         
        4. 被活化的吸附物與另一種活化的吸附物、或物理吸附物、或直接來自氣相之間的反應 物進行化學反應; 
         
        5. 反應物從催化劑外表脫附 
         
        6. 脫附物經過細孔想催化劑外表分散; 
         
        7. 有外表面向氣相分散。  大都工業氣相反應總速度都受催化劑內分散或催化劑與流體之間的傳熱速度所操控。
         
        催化燃燒是典型的氣—固相催化反應,它憑借催化劑下降了反應的活化能,使其在較低的起燃溫度200~ 300℃下進行無焰燃燒,有機物質氧化發生在固體催化劑外表,一起發生CO2和H2O,并放出很多的熱量,因其氧化反應溫度低,所以大大地按捺了空氣中的N2構成高溫NOx。
         
        并且因為催化劑有挑選性催化效果,有或許約束燃猜中含氮化合物(RNH)的氧化進程,使其大都構成分子氮(N2)。
         
        與傳統的火焰燃燒比較,催化燃燒有著很大的優勢:
         
        (1)起燃溫度低,能耗少,燃燒易達安穩,乃至到起燃溫度后無需外界傳熱就能完結氧化反應。
         
        (2)凈化效率高,污染物(如NOx及不徹底燃燒產品等)的排放水平較低。
         
        (3)習慣氧濃度規模大,噪音小,無二次污染,且燃燒平緩,工作費用低,操作辦理也很便利。
         

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