摘 要：催化燃燒影響廢氣處理效果的主要因素包括催化劑性能、吸附脫附效果和催化爐的效率，作為中低濃度大風(fēng)量有機廢氣的處理方法，要根據實(shí)際情況，對于不同類(lèi)型的廢氣組份采用不同的催化劑配比，這是利用催化燃燒技術(shù)徹底解決污染物分子分解的關(guān)鍵。根據性能和經(jīng)濟型匹配的原則，為市場(chǎng)提供合理的高效吸附劑，改進(jìn)優(yōu)化催化氧化爐裝置和自動(dòng)化控制，有效降低能耗和提升催化氧化爐的可靠性和安全性。
　　關(guān)鍵詞：催化燃燒;催化劑;吸脫附;催化燃燒爐
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.026
　　 蓄熱式催化燃燒法通常簡(jiǎn)稱(chēng)催化燃燒或RCO。對VOCS分子的吸附，脫附后提高了反應物的濃度，利用化學(xué)催化劑，使有機廢氣在較低的起燃溫度250-300℃情況下，有機廢氣發(fā)生無(wú)氧燃燒，分解成CO2和H2O，同時(shí)可以釋放出大量熱量，因此反應過(guò)程中能耗較小，一般情況下達到起燃溫度后無(wú)再需外界供熱，在催化劑的作用下，催化氧化階段降低反應的活化能，提高了反應的速率。
　　1 催化劑選型和配制
　　 決定RCO系統性能是否優(yōu)良的關(guān)鍵是催化劑，一般采用金屬載體和陶瓷載體催化劑，貴金屬或過(guò)渡金屬催化劑通常負載在鞍狀或是蜂窩狀陶瓷上，由于在250-350℃的低溫燃燒，既降低了燃料消耗，也降低了催化設備的造價(jià)。由于催化劑有一定的使用限期，催化劑的活性可以分為誘導活化、穩定、衰老失活三個(gè)階段，使用壽命一般在2年以上。催化劑需要有較好的穩定性，這直接關(guān)系到催化劑的使用效果和更換周期。催化劑的穩定性取決于其耐高溫、抗中毒的能力，由于有機廢氣的催化燃燒環(huán)境差別很大，廢氣的濃度、流量、成分、濕度等往往不穩定，因此，要求催化劑具有較寬的環(huán)境條件適應性，催化燃燒空速較大，氣流對催化劑的沖擊力較強，床層溫度會(huì )升降頻繁，造成熱脹冷縮，催化劑載體需要有較好的機械強度，還需要有良好的抗熱脹冷縮性能。
　　 陶瓷材料通常為硅-鋁氧化物，陶瓷載體結構有顆粒狀及蜂窩狀兩大類(lèi)，顆粒狀載體壓降大以及互相之間的表面摩擦，造成活性組分會(huì )磨耗損失。蜂窩載體具有較高的比表面積，壓力降也會(huì )比片狀顆粒和柱狀顆粒低，機械強度高而且耐磨、耐熱沖刷。金屬載體一般制成蓬松絲網(wǎng)或帶狀絲網(wǎng)，然后將催化劑活性組分沉積在金屬載體上，金屬載體催化劑導熱性能好、機械強度高。
　　2 吸附脫附裝置的設計
　　 催化燃燒法廢氣的吸附通常采用原位再生工藝，使用固定床吸附器。吸附劑可以循環(huán)進(jìn)行再生，吸附器采用一主一備、一主多備或者多主一備的配置方式，吸附器的備用數量需要根據所設計的單個(gè)吸附器有效吸附時(shí)間和循環(huán)再生周期來(lái)確定。利用空氣、惰性氣體或煙氣的熱氣流脫附，濃縮再生后的高濃度廢氣采用催化燃燒工藝進(jìn)行分解凈化。熱氣流吹掃再生后產(chǎn)生的高濃度廢氣，分解凈化的同時(shí)可以回收熱量，利用燃燒后所產(chǎn)生的熱量，進(jìn)行吸附劑的再生，可以有效降低成本。
　　 在吸附和脫附再生過(guò)程中，吸附器內的溫度在不斷地發(fā)生變化，對于較高濃度氣體的吸附，吸附放熱導致床層的溫升明顯。在吸附劑的再生過(guò)程中，使用熱氣流吹掃再生或者高溫水蒸氣置換再生時(shí)，要求對吸附器的溫度進(jìn)行監控。催化燃燒器的加熱室和反應室內部應裝設具有自動(dòng)報警功能的多點(diǎn)溫度檢測裝置。
　　 目前，普遍采用顆粒活性炭和顆粒分子篩作為吸附劑，用熱氣流吹掃方式再生，要求顆粒活性炭的性能應滿(mǎn)足相關(guān)吸附劑的標準要求，對于分子篩，目前也沒(méi)有產(chǎn)品的標準，根據一些相關(guān)產(chǎn)品的分析，規定其BET比表面積應不低于350m2/g，可以達到處理廢氣的要求。蜂窩活性炭在催化燃燒廢氣處理裝置中用的較多，主要是采用熱氣流吹掃再生，其比表面積不低于750m2/g，橫向強度不低于0.3MPa，縱向強度不低于0.8MPa，能夠滿(mǎn)足要求。
　　3 催化爐的設計
　　 催化燃燒是一種氣-固相催化反應，實(shí)質(zhì)是有活性氧參與的深度催化氧化作用。催化燃燒室設計通常采用電加熱和天然氣燃燒加熱的方式，電加熱催化爐簡(jiǎn)稱(chēng)電爐，由外殼和內膽組成，內外膽之間裝有隔溫材料。內膽包括預熱室和催化室，預熱室采用耐高溫電熱管加熱，起燃溫度250℃，屬于低溫無(wú)焰燃燒。催化室填充具有吸附作用的蜂窩陶瓷催化層，使反應物富集于催化劑表面，大大降低了反應的活化能，有效提高了反應速率和凈化效率，催化燃燒氧化凈化率高達97%以上。
　　 催化爐還要設備配有前置阻火除塵系統，頂部設有防爆泄壓系統，內置熱電偶探頭和超溫報警系統及操作自控系統，系統能夠手自切換控制，確保使用安全可靠。有機廢氣的濃度必須控制在相應有機物爆炸極限的25%以下，當有機廢氣濃度有可能超過(guò)此值時(shí)，應安裝野風(fēng)閥將其沖淡到安全值。因此在設計中應采用靈敏可靠的溫度、濃度測定裝置，以隨時(shí)進(jìn)行人工或自動(dòng)調節。
　　4 結論
　　 催化燃燒在設計過(guò)程中重點(diǎn)需要解決3個(gè)核心問(wèn)題，包括催化燃燒技術(shù)的催化劑研制、實(shí)驗和應用，高性能吸附劑的選型和經(jīng)濟效益分析，高效催化氧化爐裝置的設計與分析。通過(guò)調研、實(shí)驗和工程實(shí)例應用，獲得催化燃燒技術(shù)處理工業(yè)廢氣的最佳組合流程，提高廢氣處理效率，成為催化燃燒應用的改進(jìn)性技術(shù)。
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