催化燃燒設備的催化劑種類與失活防范
一、催化劑種類
用于催化燃燒設備中的燃燒型催化劑的種類比較多,按活性成分大體可分為貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑和復氧化物催化劑3大類。
1、貴金屬催化劑
Pt、Pd、Ru等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性,且使用壽命長、適用范圍廣、易于回收,因而是常用的廢氣燃燒催化劑。如我國早采用的Pt-Al2O3催化劑就屬于此類催化劑。但由于其資源、價格昂貴、耐中毒性差,因此,人們一直在努力尋找替代品,盡量減少其用量。
2、過渡金屬氧化物催化劑
作為貴金屬催化劑的取代品,氧化性較強的過渡金屬氧化物對CH4等烴類和CO的氧化都具有較高的催化活性,同時成本較低,常見的有MnOx、CoOx和CuOx等催化劑。大連理工大學研制的含MnO2催化劑,在條件下能CH3OH蒸汽,對C2H4O,C3H6O,C6H6蒸汽的也很果。
3、復氧化物催化劑
一般認為,復氧化物之間由于存在結構或電子調變等相互作用,其催化活性比相應的單一氧化物要高。復氧化物催化劑主要有以下兩大類。
(1)鈣鈦礦型復氧化物
稀土與過渡金屬氧化物在條件下可以形成具有鈣鈦礦型的復合氧化物,通式為ABO3,其活性明顯優于相應的單一氧化物。A為四面體型結構,B為八面體形結構;A和B形成交替立體結構,易于取代而產生晶格缺陷,即催化活J陛位,表面晶格氧提供的氧化,從而實現氧化反應。常見的該類型催化劑有BaCuO2、LaMnO3等。
(2)尖晶石型復氧化物
尖晶石型是復氧化物的一種重要結構類型,通式為AB2O4,具有優良的氧化催化活性。
如對CO的催化燃燒起燃點約為80℃,對烴類亦可在低溫區實現氧化;為活躍的CuMn2O4、尖晶石對芳烴燃燒的催化活性尤為,使C7H8燃燒只需260℃,實現了低溫催化燃燒。尖晶石型復氧化物具有的低溫催化燃燒特性具有特別現實的意義。
4、催化劑載體及負載方式
VOCs凈化催化劑的載體主要有兩類:一類是球狀或片狀;另一類是整體式多孔蜂窩狀。
催化劑活性組分可通過下列方式沉積在載體上:①電沉積在纏繞或壓制的金屬載體上;②沉積在顆粒狀陶瓷材料上;③沉積在蜂窩結構的陶瓷材料上。金屬載體的優點是導熱性能好、機械,缺點是比表面積較小。顆粒狀載體的優點是比表面積大,缺點是壓降大以及因載體間相互摩擦造成的活性組分磨耗損失。蜂窩陶瓷載體是比較理想的載體型式,具有很高的比表面,壓力降較片狀、粒狀、柱狀載體低,機械,、耐熱沖擊。
二、催化劑失活與防止
1、催化劑失活
催化劑在使用過程中隨著時間的延長活性會逐漸下降,直至失活。催化劑失活主要有以下3種類型。
(1)催化劑失活。使催化劑失活的毒物包括和慢速作用毒物兩大類。作用毒物主要有P、As等,慢速作用毒物有Pb、Zn等。通常情況下,催化劑失活是由于毒物與活性組分化合或熔成合金。對于作用毒物來說,即使只有微量也能使催化劑失活。
(2)催化反應。鹵素和硫的化合物易與活性結合,但這種結合是比較松弛、可逆且暫時性的,當廢氣中的這類物質被去除后,催化劑活性可以恢復。
(3)沉積覆蓋活性。不飽和化合物的存在可導致炭沉積,此外,陶瓷粉塵、鐵氧化合物及其他顆粒物堵塞活性后,也會影響催化劑的吸附與解吸能力,導致催化劑活性下降。
2、催化劑失活的防止
對催化劑活性的衰減,可以采取下列相應的措施加以防止:①按操作規程正確控制反應條件;②當催化劑表面結炭時,應吹入新鮮空氣,以提高燃燒溫度,燒去表面結炭;③將廢氣進行預處理,以除去毒物,防止催化劑中毒;④改進催化劑的制備工藝,提高催化劑的耐熱性和抗毒能力。
催化燃燒技術涉及化工、環境工程、催化反應和自動檢測控制等,在我國目前仍處于發展階段。該技術今后的發展方向為:①提高催化劑性能,研制抗毒、大空速、比表面積大及低起燃點的非貴金屬催化劑,以降低造價和使用費用;②催化燃燒裝置向大型化、整體型和節能型方向發展。