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催化焚烧的VOCs管理技能,从催化剂活性组分、催化剂结构、形状、制备

发布时间:2020-11-11 作者:分子筛

本文概述了催化焚烧的VOCs管理技能,从催化剂活性组分、催化剂结构、形状、制备等角度,论述现在芳烃催化焚烧的发展趋势。

        关键词:芳烃;催化焚烧;催化剂

        前语:催化焚烧是一个气-固相催化反响,其实质是活性氧参与深度氧化效果。在催化焚烧进程中,RTO催化剂下降反响的活化能,一起使反响物分子富集于催化剂外表,以进步反响速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下发作无焰焚烧,并氧化分解成为CO2和H2O,一起放出很多热量,到达了净化废气的意图。


         VOCs催化焚烧技能中,关键是催化剂的研制,其功能的好坏对废气销毁功率和能耗有着决定性的影响。依照催化剂所用的活性组分不同,催化剂能够分为贵金属催化剂和非贵金属氧化物催化剂两大类。依照催化剂的形状不同,催化剂能够分为颗粒催化剂和全体式催化剂两大类。


        1、催化剂概述


        1.1 催化剂的活性组分


        催化剂中活性组分是最重要的组成部分,直接影响催化效果,依照催化剂所运用的活性组分,可将催化剂分为贵金属催化剂和过渡金属催化剂两大类。


        1.2 催化剂形状


        催化剂的形状不只影响反响器压力降,也影响反响物和产品的涣散速度,以及反响选择性和转化率。因而,RTO资讯在催化焚烧反响进程中,催化剂在床层中的形状对催化剂的催化焚烧功能有很大的影响。常用催化剂按形状可分为颗粒状和全体式催化剂两大类。


        (1)颗粒状催化剂


        催化焚烧是一个强放热反响,颗粒催化剂在反响中会发生  “热门”和部分高温,催化剂易烧结失活;一起,颗粒催化剂床层压降高,当含有粉尘的废气经过期,床层易被阻塞;别的颗粒催化剂强度低,易破损,阻力大。因而,颗粒催化剂并不合适催化焚烧空速和热效应较大的工业有机废气。


        (2)全体式催化剂


         全体式催化剂是指一个反响器中只要一块催化剂,英文名叫Monolith,一般为具有许多狭隘、直的或是曲折的平行通道的全体结构催化剂[1],因而对催化焚烧空速和热效应较大的工业有机废气具有很好的运用远景。催化活性组分负载在通道的壁面上,这些通道为催化剂活性组分与反响气体供给了尽可能大的触摸面积,一起也使气体的压力降降到最低。与传统的颗粒催化剂比较,焚烧炉全体式催化剂具有以下长处[2]:1)床层压降大幅下降;2)催化活性物质涂层薄,内外表利用率高,特别适用反响速度快、空速大和处于传质操控进程的催化焚烧反响;3)气流散布均匀,无热门和沟流现象,反响器径向和轴向的温度梯度大大减小;4)不发生粉尘,也不易被外来粉尘阻塞;5)机械强度和热安稳性较好;6)装置简略,既可水平装置(气流水平方向经过),也可笔直装置(气流上下经过)。


        全体式催化剂一般由活性组分和助剂、载体或涂层和基体三部分组成。基体首要起承载催化涂层的效果,首要分为两类,一类是陶瓷基体(如堇青石、氧化铝、莫来石);别的一类是金属基体(如Fe-Cr-Al合金、金属丝网)。


        ① 蜂窝陶瓷基体

         蜂窝陶瓷基体大多以耐熔性氧化物、铝酸盐和硅酸盐材料(如氧化铝、氧化镁、二氧化钛、石英、二氧化锆、尖晶石、堇青石和碳化硅等)作为质料,因为堇青石蜂窝陶瓷价格便宜、原材料易得、生产工艺简略和功能根本满意运用需求,且与各种催化剂活性组分杰出的匹配性,孔壁薄热膨胀系数和耐热冲击性好等长处,大多数厂家均将其作为全体式催化剂的基体。可是,蜂窝陶瓷基体也有一些缺少:1)一般制作工艺的蜂窝孔径和壁厚还不能制得很小,使进一步进步催化强度和下降床层压降受到限制;2)陶瓷导热性差,热容量大;3)用于汽车尾气处理时,陶瓷的机械强度还不彻底饱尝得住行车进程中的气流冲击和机械震动。


        ② 蜂窝金属基体

         与蜂窝陶瓷基体比较,蜂窝金属基体具有以下长处[3]:1)导热系数大,能够快速地将热量传递,然后到达发动温度或将热量发出;2)壁薄、质轻、床层压降小;3)机械强度高,耐振动;4)杰出的延展性,易于加工成型;5)金属丝网基体具有三维多孔结构,答应气流在多个孔道内交织活动,具有更大的传热速率和传质功率。因而,金属蜂窝基体战胜陶瓷蜂窝基体的质脆、导热性差等缺陷。可是金属基体也存在热膨胀系数高,涂层与金属基体粘结强度不高、易掉落、工艺杂乱、价格相对较高级一系列问题,因而其不如陶瓷基体运用广泛。


        (3)全体式催化剂制备


         全体式催化剂的制备办法首要有两种,一种是在催化剂基体(如堇青石蜂窝基体或金属蜂窝基体)上涂覆氧化铝凝胶等复合氧化物凝胶等复合氧化物涂层,然后再浸渍贵金属。另一种是先把贵金属浸渍在催化剂载体(如氧化铝或其他材料)上,然后再制备成浆液涂敷在催化剂基体上。两种办法中,前者的制备工艺较为简略,但因为该进程先在催化剂基体上涂覆氧化铝凝胶,制得的氧化铝涂层结实度不够,易掉落,且贵金属在基体上的涣散性欠好;后一种制备办法中贵金属涣散较好,且涂层较为安稳,结实度强。因而,现在大多采用后一种制备办法[4]。


        2、用于芳烃催化焚烧催化剂的发展趋势


        现在国内外对用于催化焚烧处理芳烃废气催化剂研讨的发展趋势是:

         (1)虽然非贵金属催化剂成本低,热安稳性相对较好,但催化活性低、起燃温度高,难以实现工业运用。贵金属催化剂具有其他金属无与伦比的优越性,可是安稳性较差、价格昂贵,资源缺少,限制了其大规模运用。所以现在对催化焚烧催化剂的研讨,首要是经过增加非贵金属改进贵金属催化剂的织构、结构、氧化复原等功能,进步催化剂的活性和选择性、安稳性,下降贵金属用量,实现单原子催化也成为贵金属催化范畴的研讨热门。


         (2)现在的研讨方针大多集中于易被催化焚烧的甲苯,但对结构安稳和毒性大的苯报导较少。别的,处理方针单一,大多数研制作业是在CH4、脂肪烃、醇、醛、甲苯等单一VOCs上进行,而实践工业气体往往组成非常杂乱,含有醛、醇和芳烃(如苯)及杂原子(Cl、N、S)有机物等。由处理一种VOCs到一起处理多种VOCs,及VOCs和其他污染物的混合物。


        (3)催化焚烧与其它操控技能相结合,使其运用规模更广、处理功率更高,能耗更低:如吸附-催化焚烧、冷凝-催化焚烧等。


        (4)对氧化机理和反响动力学尚缺少深入的研讨,特别对发作在催化剂上的反响路径和分子活性氧需求更深入理解。此外,多种有机废气混合,易引起催化剂失活,这一系列杂乱的问题有待进一步探索。


        结束语:
         综上所述,开发一种低温催化活性高、安稳性好、功率高、可运用性强并以苯为方针分子的低含量贵金属-非贵金属全体式催化剂已成为处理芳烃废气催化剂的发展趋势,不只可为社会带来巨大的环境效益和经济效益,一起也能为其他有毒VOCs的管理供给有力的技能支撑。


        参考文献:
        [1]Skoglundh M,Löwendahl L O,Otterated J E. Combinations of  platinum and palladium on alumina supports as oxidation catalysts[J].  Applied catalysis,1991,77(1):9-20.
        [2]Roldán R,Beale A M,Sánchez-Sánchez M,et al. Effect of the  impregnation order on the nature of metal particles of bi-functional  Pt/Pd-supported zeolite Beta materials and on their catalytic activity  for the hydroisomerization of alkanes[J]. Journal of  catalysis,2008,254(1):12-26.
        [3]Veser G,Ziauddin M,Schmidt L D. Ignition in alkane oxidation  on noble-metal catalysts[J]. Catalysis Today,1999,47(1):219-228.
        [4]余鸿敏,卢晗锋,陈银飞. Pt掺杂对Cu-Mn-Ce复合氧化物催化焚烧功能的影响[J]. 化工学报,2011,62(4):947-952.




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文章来源:中国吸附剂网

文章标题:催化焚烧的VOCs管理技能,从催化剂活性组分、催化剂结构、形状、制备

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