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1、目录1、VOCs和恶臭气体21.1定义21.2来源21.3危害32、催化燃烧技术32.1定义32.2原理32.3催化燃烧的特点43、催化剂43.1催化剂种类43.2催化剂载体及负载方式63.3催化剂失活与防止63.3.1催化剂失活63.3.2催化剂失活的防止64、燃烧动力学75、催化燃烧工艺流程76、催化燃烧热平衡87、催化燃烧的应用98、催化燃烧新技术109、工程案例：催化燃烧法在污水处理场的应用10参考文献141、OCs和恶臭气体1定义VOC是指沸点在50-260、室温下饱和蒸气压超过13a的易挥发性有机化合物，涉及烃类、卤代烃、芳香烃、多环芳香烃等,重要来自石油化工、制药、印刷、喷漆、机
2、动车、制鞋等行业排放的废气。多数的VO 具有刺激性气味且有毒性或剧毒, 这样的O 可以称为VOCs 恶臭污染物质。.来源VOCs 恶臭物质来源于生活和工业生产等方面。生活源重要有粪便解决、生活垃圾等;工业有害废气来自于以煤、石油、天然气为燃料或原料的工业,或者与之有关的化工公司。例如:石油加工、炼油、炼焦、煤气、化肥、制药、造纸、合成材料等行业。可将其来源大体归纳为表1所示。表2 为工业中排放的VC 恶臭物质的重要种类,其中芳香烃、醇类、酯类等作为工业溶剂被广泛使用,因而排放量很大,对人体和环境危害较大。1.3危害该类有机物废气是对人体健康有害的污染物,常随着着异味、恶臭散发在空气中，对人的眼
3、、鼻、呼吸道有刺激作用，对心、肺、肝等内脏及神经系统产生有害影响，甚至导致急性和慢性中毒,可致癌、致突变。并且会与大气中的NO2反映生成3，使低空大气中O浓度升高,形成光化学烟雾,危害人体健康和导致农作物减产。此外,VOC的污染范畴不仅仅局限在一种都市或国家内，随着它的扩散与迁移，可以引起涉及酸雨、臭氧层破坏、大气变暖等全球环境问题,具有跨国性和全球性。因此,VOCs被视为继粉尘之后的第二大类量大面广的大气污染物,VCs的净化治理也逐渐成为了大气污染治理中非常重要的一部分。、催化燃烧技术21定义催化燃烧技术是指在较低温度下，在催化剂的作用下使废气中的可燃组分彻底氧化分解，从而使气体得到净化解决
4、的一种废气解决措施。2.2原理催化燃烧是典型的气-固相催化反映，其实质是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是减少反映的活化能,同步使反映物分子富集于催化剂表面,以提高反映速率。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 和H，同步放出大量热。2.3催化燃烧的特点、起燃温度低，节省能源有机废气催化燃烧与直接燃烧相比,具有起燃温度低、能耗低的明显特点。在某些状况下,催化燃烧达到起燃温度后便无需外界供热。2、合用范畴广催化燃烧几乎可以解决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、无回收价值的废气,采用吸附-催
5、化燃烧法的解决效果更好。、解决效率高，无二次污染用催化燃烧法解决有机废气的净化率一般都在95%以上，最后产物为无害的CO2和H2(杂原子有机化合物尚有其她燃烧产物),且由于燃烧温度低,能大量减少X 的生成,因此不会导致二次污染。但是其缺陷是工艺条件规定严格，不容许废气中具有影响催化剂寿命和解决效率的尘粒和雾滴,也不容许有使催化剂中毒的物质,以防催化剂中毒，因此采用催化燃烧技术解决有机废气必须对废气作前解决。同步该法不适于解决燃烧过程中产生大量硫氧化物和氮氧化物的废气。3、催化剂31催化剂种类燃烧型催化剂的种类比较多，按活性成分大体可分为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和复氧化物催化剂大类。1
6、、贵金属催化剂。t、P、等是典型的贵金属催化剂，此类催化剂一般负载在载体上,其活性高、选择性好。但由于其资源稀少、价格昂贵，且解决含氯和含硫的OCs时很容易中毒，因而仅合用于解决不含氯和硫的VOs。由于金属催化剂的高活性，催化燃烧VOC时起燃温度可低至0020。例如以硼为载体的Pt催化剂解决含戊烷、正己烷、苯、甲苯混合物的V时，其起燃温度只有0,要达到90的转化率也只需00左右。如果采用微乳法、气相沉积来制备贵金属催化剂,其活性更高。t d 2、过渡金属氧化物催化剂作为贵金属催化剂的取代品，氧化性较强的过渡金属氧化物对CH4等烃类和CO的氧化反映都具有较高的催化活性,且成本较低，常用的有Mnx
7、、Cox和Cux等催化剂。3、复氧化物催化剂一般觉得,复氧化物之间由于存在构造或电子调变等互相作用,其催化活性比相应的单一氧化物要高。复氧化物催化剂重要有如下两大类。(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,通式为ABO3，其活性明显优于相应的单一氧化物。A为四周体型构造,为八面体形构造;A和B形成交替立体构造，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映。常用的该类型催化剂有BaO、LaMO等。（2）尖晶石型复氧化物尖晶石型是复氧化物的一种重要构造类型,通式为BO4,具有优良的深度氧化催化活性
8、。如其对O的催化燃烧起燃点约为0,对烃类亦可在低温区实现完全氧化；研究最为活跃的是Cun2O4。尖晶石对芳烃燃烧的催化活性尤为杰出，使C7H 完全燃烧只需260,实现了低温催化燃烧。尖晶石型复氧化物的低温催化燃烧特性具有特别现实的意义。3.催化剂载体及负载方式OCs净化催化剂的载体重要有两类: 一类是球状或片状；另一类是整体式多孔蜂窝状。催化剂活性组分可通过下列方式沉积在载体上:电沉积在缠绕或压制的金属载体上； 沉积在颗粒状陶瓷材料上； 沉积在蜂窝构造的陶瓷材料上。金属载体的长处是导热性能好、机械强度高，缺陷是比表面积较小；颗粒状载体的长处是比表面积大,缺陷是压降大以及因载体间互相摩擦而导致活
9、性组分磨耗损失;蜂窝陶瓷载体是比较抱负的载体形式,具有很大的比表面积,压力降较片状、粒状、柱状载体低,机械强度高,耐磨、耐热冲击能力强。3.催化剂失活与避免3.1催化剂失活催化剂在使用过程中随着时间的延长活性会逐渐下降,直至失活。催化剂失活重要有如下3种类型。(1)催化剂完全失活。使催化剂失活的毒物涉及迅速作用毒物和慢速作用毒物两大类。迅速作用毒物重要有P、A等;慢速作用毒物有Pb、Zn等。一般状况下,催化剂失活是由于毒物与活性组分化合或熔成合金。对于迅速作用毒物来说,虽然只有微量,也能使催化剂迅速失活。(）克制催化反映。卤素和硫的化合物易与活性中心结合,但这种结合是比较松弛、可逆且临时性的,
10、当废气中的此类物质被清除后，催化剂活性可以恢复。（）沉积覆盖活性中心。不饱和化合物的存在可导致炭沉积,此外，陶瓷粉尘、铁氧化合物及其他颗粒物堵塞活性中心后,也会影响催化剂的吸附与解吸能力,导致催化剂活性下降。3.3.2催化剂失活的避免对催化剂活性的衰减，可以采用下列相应的措施加以避免:按操作规程对的控制反映条件;当催化剂表面结炭时,应吹入新鲜空气，以提高燃烧温度，烧去表面结炭; 将废气进行预解决，以除去毒物,避免催化剂中毒;改善催化剂的制备工艺,提高催化剂的耐热性和抗毒能力。、燃烧动力学当有机废气在金属氧化物催化剂上燃烧时，Hm的氧化反映是通过表面氧化还原作用循环实现的。反映机理如下:i +氧
11、化态催化剂 Ki 还原态催化剂+产物 (1)2+还原态催化剂 Koi 氧化态催化剂 (）其中, i为Cm物种的第i种。相应反映动力学模型方程式可体现为：i Koi Ki Coi CiKoi Ci+ni Ki Ci式中, k、ko分别为反映(1)、反映(2)的反映速度常数; ci、o分别为CnHm物种及氧的浓度;ni为每摩尔m 物种完全氧化所需氧的摩尔数。实验表白,碳氢氧化反映速度对碳氢的反映级数位于0和之间。、催化燃烧工艺流程根据废气的预热方式及富集方式，催化燃烧工艺流程可分为3种。、预热式。预热式是催化燃烧的最基本的流程形式,其基本原理见图1。有机废气温度在10如下、浓度也较低时,热量不能自
12、给，因此在进入反映器前需要在预热室加热升温。一般采用煤气或电加热将废气升温至催化反映所需的起燃温度;燃烧净化后的气体在热互换器内与未解决的废气进行热互换,以回收部分热量。、自身热平衡式。有机废气温度高且有机物含量较高，一般只需要在催化燃烧反映器中设立电加热器供起燃时使用,通过热互换器回收部分净化气体所产生的热量,正常操作下就可以维持热平衡，不需要补充热量，其流程见图2.3、吸附-催化燃烧。当有机废气的流量大、浓度低、温度低、采用催化燃烧需消耗大量的燃料时，可先采用吸附手段将有机废气吸附于吸附剂上并进行浓缩,然后通过热空气吹扫,使有机废气脱附成为高浓度有机废气(可浓缩10倍以上)后再进行催化燃烧
13、。不需要补充热源就可以维持正常运营，其工艺流程见图3。对有机废气催化燃烧工艺的选择重要取决于：1、燃烧过程的放热量，即废气中可燃物的种类和浓度;2、起燃温度,即有机组分的性质及催化剂活性;3、热量回收率等。当回收热量超过预热所需热量时，可实现自身热平衡运转，无需外界补充热源,这是最经济的。6、催化燃烧热平衡催化燃烧是放热反映,放热量的大小取决于有机物的种类及其含量。如能依托废气燃烧的反映热维持催化燃烧过程持续进行是最经济的操作措施。而能否以自热维持体系的正常反映则取决于燃烧过程的放热量、催化剂的起燃温度、热量回收率、废气的初始温度等条件。以含甲苯的废气净化为例:设3种废气分别含甲苯8000g/
14、3、000mg3、m/m；催化剂相应的起燃温度分别为200、20、30;废气的初始温度分别为30和150,热互换器效率与需补充能量之间的关系见表。从表可以看出,废气的初始温度越高，废气中有机物的浓度越高,实现自热运转的也许性越大。而工业有机废气中500g/m左右的有机物残留量是常用的,只要热互换器的换热效率能达到50%-0%就可运用热互换器回收燃烧反映热来维持催化燃烧的持续进行。7、催化燃烧的应用1、溶剂类污染物的净化解决此类污染物量大面广,重要是三苯(苯、甲苯和二甲苯)、酮类、醇类及其她某些含氧衍生物等。詹建锋采用吸附-催化燃烧法治理彩印厂三苯废气,治理前废气浓度为130mg/m3 ,治理后
15、浓度不不小于0 mg/m ,达到福建省DB35/15-93规定。刘忠生等对重要含烃类污染物的石化污水解决场隔油池散发的废气进行解决,采用蜂窝状Pt、Pd、Ce多组分TC92H催化剂对进口总烃体积分数为100060/ 的废气进行催化燃烧,净化排气总烃体积分数不不小于1,总烃清除率达到9%以上。2、含氮有机污染物的净化含氮有机污染物(如NH、RCONH2等)大都具有毒性和臭味，必须进行解决。火箭推动剂（H)NNH2是一种易溶于水和有机溶剂且具有强极性和弱碱性的有机化合物，也是一种剧毒物质。采用催化燃烧法解决（CH3)NNH(含量1%,压力.25Pa，气量0 m/h） ,当催化燃烧温度高于时,(CH3）2NNH2废气清除率达9%以上，
