有机废气催化燃烧技术

第17卷第l期2004年3月江苏环境科技JiangsuEnvironmentalScienceandTechnologyVOll7NolMar．2004有机废气催化燃烧技术何毅，王华，李光明，赵修华，赵建夫(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092)摘要：对催化燃烧处理有机废气的基本原理、特点及经济性，以度催化荆、动力学和工艺流程等研究进展进行综述。关键词：催化燃烧；有机废气；催化剂中图分类号：x7文献标识码：A文章编号：1004—8642(2004)01—0035一04CatalyticCombustionTechnologyforOrganicWasteGasesHeYi，WangHua，LiGuang-ming，ZhaoXiu—hua，ZhaoJian—fuAbstract：Theprinciples，characteristicsandeconomicalanalysisofcatalyticcombustionfororganicwastegases，andalsothestudyprogressofcatalyst，kineticsandtechnicalprocessetcweresummarized．Keywords：Catalyticcombustion；Organicwastegases；Catalyst有机废气是石油化工、轻工、塑料、印刷、涂料等行业排放的常见污染物，有机废气中常含有烃类化合物、含氧有机化合物、含氮、硫、卤素及含磷有机化合物等。如对这些废气不加处理，直接排人大气将会对环境造成严重污染，危害人体健康。传统的有机废气净化方法包括吸附法、冷凝法和直接燃烧法等，这些方法常有易产生二次污染、能耗大、易受有机废气浓度和温度限制等缺点。而新兴的催化燃烧技术已由实验阶段走向工程实践，并逐渐应用于石油化工、农药、印刷、涂料、电线加工等行业”⋯。1催化燃烧的基本原理催化燃烧是典型的气一固相催化反应，其实质是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低活化能，同时使反应物分子富集于表面提高了反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO：和H20，同时放出大量热能，其反应过程为o]：C．H。+(n+旱)02趔蔓塑L一+nC02T+mH20+热量2催化燃烧的特点2．1起燃温度低．节省能源由表1可见，有机废气催化燃烧与直接燃烧相比，具有起燃温度低，能耗小的显著特点。在某些情收稿日期：2003—10_09作者简介：何敷，(1977一)．男，同济大学环境科学与工程学院博士研究生况下，达到起燃温度后便无需外界供热。表1催化燃烧与热力燃烧的比较℃项目起燃温度燃烧温度燃烧方式(NOx)产量催化燃烧200—400300—500催化剂表面无焰燃烧几乎没有垫塑燮缝!塑=竺螋!螋=!螋亘堡丛塑!壁堕芒皇=垂量2．2适用范围广催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多成分、又没有回收价值的废气，采用吸附一催化燃烧法的处理效果更好。2．3处理效率高，无=次污染用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95％以上，最终产物为无害的CO：和H20，因此无二次污染问题。此外，由于温度低，能大量减少NO，的生成。3催化剂及燃烧动力学3．1催化荆种类催化剂的种类相当多，按活性成分大体可分为3大类。3．1．1贵金属催化剂Pt、Pa、Ru等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用寿命长、适用范围广、易于回收，因而是最常用的废气燃烧催化剂。如我国最早采用的Pt—A120，催化剂就属于此类催化剂。但由于其资源稀少、价格昂贵、耐中毒性差，因此，人们一直在努力寻找替代品，尽量减少其用量。3．1．2过渡金属氧化物催化剂作为取代贵金属催化剂，采用氧化性较强的过万方数据36江苏环境科技2004年3月渡金属氧化物，对C瞄等烃类和CO亦具有较高的活性，同时降低了催化剂的成本，常见的有MnOx、CoOx、和CuOx等催化剂。大连理工大学研制的含MnO：催化剂，在一定的条件下能消除CH30H蒸气，对C2H。O、C，H60、C。H。蒸气的清除也很有效果”1。3．1．3复氧化物催化剂一般认为，复氧化物之间由于存在结构或电子调变等相互作用，活性比相应的单一氧化物要高。主要有以下两大类[61：①钙钛矿型复氧化物：稀土与过渡金属氧化物在一定条件下可以形成具有天然钙钛矿型的复合氧化物，其通式为ABO：，其活性明显优于相应的单一氧化物。A为四面体型结构；B为八面体形结构；A和B形成交替立体结构，易于取代而产生晶格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高活性的氧化中心，从而实现深度氧化反应。常见的有BaCuO：、LaMnO，等；②尖晶石型复氧