催化燃燒（shāo）基本原（yuán）理
催化燃燒是借助（zhù）催化劑在低溫下(200～400℃)下，實現（xiàn）對有機物的完全氧化，因 此，能耗少，操作簡便，安（ān）全，淨化效率（lǜ）高，在（zài）有機廢氣特別是回收價值不大的有機廢氣淨化方麵，比如化工，噴漆、緣（yuán）材料、漆包線、塗料生產等行業應用較廣，已有（yǒu）不（bú）少定型設備可供選用（yòng）。 一、催化原理及裝置組成 (1)催（cuī）化劑定（dìng）義 催化劑是一種能提高化學反應速率（lǜ），控製反應方向，在反應前後本身的化學性質（zhì）不發生改（gǎi）變的物質。 (2)催（cuī）化作用機（jī）理 催化作（zuò）用的機理是一個很（hěn）複雜的問題，這裏僅（jǐn）做簡介。在（zài）一個化學反應過（guò）程（chéng）中，催化劑的加入並不能改變原有的化學平衡，所改變的僅是化學反應的速度，而（ér）在（zài）反應前後，催化劑本（běn）身的性質並不發生變化。那（nà）麽，催化劑是怎樣加速了反應速度呢了既然（rán）反應前後催化劑不發生變（biàn）化（huà），那麽催（cuī）化劑到底參加了（le）反（fǎn）應沒有?實際上，催化（huà）劑本身參加了反應，正（zhèng）是由於它（tā）的參加，使反應改變了原有的途徑，使（shǐ）反應的活化（huà）能降低，從而加速了反應速度。例如反應A+B→C是通過中間活性結合物(AB)過渡而（ér）成的，即： A+B→[AB]→C 其反應速度較慢。當加入催化劑K後，反（fǎn）應從（cóng）一條（tiáo）很容（róng）易進（jìn）行的途徑實（shí）現： A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K 中間不再需要[AB]向C的過渡，從而加快了反應速度，而催（cuī）化劑並未改變性（xìng）質。 (3)催化燃燒的工藝組成 不同的排放場合和不同的廢氣，有不同（tóng）的工藝流程。 但不（bú）論采取哪種工藝流（liú）程，都（dōu）由如下工藝單元（yuán）組成。 ①廢氣預（yù）處理 為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒，廢氣在進入床層之前必須進行預（yù）處理，以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。 ②預熱裝置 預熱裝置包括廢（fèi）氣預熱裝置和催化劑燃（rán）燒器（qì）預熱裝置。因為催化（huà）劑（jì）都有一個催化活性溫度，對催（cuī）化燃燒來說稱催（cuī）化劑（jì）起燃溫度，必須使廢氣和床層的溫度達到起燃溫度才能進行催化燃燒，因此，必須設置預熱裝置。但對（duì）於排出的廢氣本（běn）身溫度就較高（gāo）的場合，如漆包線、緣材料、烤漆等烘幹（gàn）排氣，溫度可達300℃以上，則不（bú）必設置預熱裝置。 預熱裝置加熱（rè）後的熱氣可采用（yòng）換（huàn）熱器和床層（céng）內布管（guǎn）的方式（shì）。預熱器的熱源可采用煙道氣或電加熱，目前采用電加熱較多。當催化反應開始後，可盡量以回收的反應熱來預熱廢氣。在（zài）反應（yīng）熱較大的場合，還應設置廢熱回收裝置，以（yǐ）節約能（néng）源（yuán）。 預熱廢氣的熱源（yuán）溫度一般都超過催化劑的活性溫度。為保護催化劑，加熱裝置應與（yǔ）催化燃燒裝置保持一定距離，這樣還能使廢氣溫度分布（bù）均勻。 從需要預熱這一點（diǎn）出發，催化燃燒法比較適用於連續排氣的淨化，若間歇排氣，不僅每次預（yù）熱需要耗能，反應熱也無法回收利用，會造成很大的能（néng）源浪費，在設計和選擇時應注意這一點。 ③催化燃燒裝置 一般采用固定床催化反應器。反（fǎn）應（yīng）器的（de）設計按規範進行，應便於操作，維修方（fāng）便（biàn），便於裝卸催化劑。 在進行催化燃燒的（de）工藝設計時，應（yīng）根據具體情況（kuàng），對（duì）於處理（lǐ）氣量（liàng）較大的場合，設計成分建式流程，即預熱器、反應器立裝設，其（qí）間用（yòng）管道連接。對於（yú）處理氣量小的場合，可采用催化焚燒爐，把預熱與反應組合在一起，但要注意預熱段與反應段間的距離。 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炸，安全問題（tí）十分重要。因而，一方麵必須控製有機物（wù）與（yǔ）空氣的混合比，使之在爆炸下限；另一方（fāng）麵，催化燃燒係統應設監測報警裝置和有防爆措施。 二、催化燃燒（shāo）用催化劑 由於有機（jī）物催化燃燒的（de）催化劑分為貴金屬(以鉑、鈀（bǎ）為主)和賤金屬（shǔ）催化（huà）劑。貴金屬為活性組分的（de）催化劑分為全金屬催化劑（jì）和以氧化鋁為（wéi）載體的催化劑。全金屬催化劑（jì）是以鎳或鎳（niè）鉻合金（jīn）為載體，將載（zǎi）體做成帶、片、丸、絲等形狀，采用（yòng）化學鍍或電（diàn）鍍的方（fāng）法，將（jiāng）鉑（bó）、鈀（bǎ）等貴金屬沉積其上，然後做（zuò）成便於裝（zhuāng）卸的催化劑構件。由（yóu）氧化鋁作載體的貴金屬催化劑，一般是以陶瓷（cí）結（jié）構作為支架，在陶（táo）瓷結（jié）構上塗（tú）覆一層僅有0．13mm的α-氧化鋁薄層，而活（huó）性組分鉑、鈀就以微晶狀態沉積或分散在多孔（kǒng）的氧化鋁薄層中。 但（dàn）由於貴金屬催化劑價格（gé）昂貴，資源少，多年來人們特別注重新型的、價格較為便宜（yí）的催化劑的開發研究，我國是世界上稀土資源比較多的，我國的科技工作（zuò）者研究開發（fā）了不少稀土催化劑，有些性能也（yě）較好。 三、催化劑中毒與老化 在（zài）催化劑使用過程中，由於體係中存在少量的雜質，可使催化劑的活性和選擇性減小或者消失，這種現象叫（jiào）催化劑中毒。這些能使催化劑中毒的物質稱之為（wéi）催化劑毒（dú）物，這些毒物在反應（yīng）過程（chéng）中或（huò）強（qiáng）吸附在活（huó）性中心上，或與活性中心起化學作用而變為別的物質，使活性中心失活。 毒物通常是反應原料中帶來的雜質，或者是催化劑本身（shēn）的某些雜質，另外，反應產物（wù）或副產物本身也可能對（duì）催化劑毒化，一般所指的是硫化物如（rú）H2S、硫氧化碳、RSH等及（jí）含氧化合（hé）物如H2O、CO2、O2以及含磷（lín）、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，而且還針對這個催化劑所催化的反應，也就是說，對某一催化劑，隻有聯係到它所催化的反應時，才能（néng）清楚（chǔ）什麽物（wù）質是毒物。即使同（tóng）一種催化劑，一種（zhǒng）物質可能毒化某一反應而（ér）不影響（xiǎng）另一（yī）反應。 按毒物與催化劑表麵作（zuò）用的（de）程度可分為暫時性中毒和永久性中毒（dú）。暫時性中毒亦稱可逆中毒，催化劑表麵所吸附的毒物可用解（jiě）吸（xī）的辦法驅逐，使催化（huà）劑恢複活性，然而（ér）這種可再生性一般也不能使（shǐ）催化劑恢複到中毒前的水平。性中毒稱（chēng）不可逆中毒，這時（shí），毒物與催（cuī）化劑活性中心生成了結合力很強的物質，不能用一般方法將它去除或根本無法去除。 催化劑的老化主要是由於熱穩定性與機械（xiè）穩定性決定的，例如低熔點活（huó）性組分的流失或升華（huá），會（huì）大大降低催化（huà）劑的活（huó）性。催化劑的工作（zuò）溫度對催化劑的老化影響很大，溫度選（xuǎn）擇和控製（zhì）不好（hǎo），會使催化劑半熔或燒（shāo）結，從而導致催化劑（jì）表麵（miàn）積的下降而（ér）降低活性。另外，內部雜（zá）質向（xiàng）表麵的遷移，冷熱應力交替所造成的機械（xiè）性粉末被（bèi）氣流帶走。所有這些（xiē），都會加速催（cuī）化劑的老化，而（ér）其中比較主要（yào）的是溫度的影響（xiǎng），工作溫度越高，老化速度越快（kuài）。因（yīn）此，在催化劑的活性溫度範圍（wéi）內選擇合適的反應溫度將有助於延長催化劑的壽命。但是，過低的反應溫度也是不可取的，會降低反應速率。 為了提高催化劑（jì）的熱穩定性，常常選擇合適的耐高溫的載體來提高活（huó）性（xìng）組（zǔ）分的分散度，可防止其顆粒變大而燒結，例如以純銅作催化劑時，在200℃即失去活性，但如果采用共（gòng）沉積法將Cu載於（yú）Cr2O3載體上（shàng），就能在較高的溫度下保持其活性。
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