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催化燃烧一体机管理和用途跟风量大小和净化效率的关系

2020-09-08 19:03:56

文章摘要:

催化燃烧技术是利用具有光催化活性的半导体催化剂与VOCs分子接触,在光照条件下光催化剂产生电子空穴对,光致空穴具有很强的氧化性,能将其表面吸附的OH-和H2O分子氧化成OH·,利用OH·强氧化性将VOCs降解为CO2、H2O和无机小分子...

【一】、光催化技术成为VOCs治理的研究热点

近几年,光催化技术成为VOCs治理的研究热点。催化燃烧技术是利用具有光催化活性的半导体催化剂与VOCs分子接触,在光照条件下光催化剂产生电子空穴对,光致空穴具有很强的氧化性,能将其表面吸附的OH-和H2O分子氧化成OH·,利用OH·强氧化性将VOCs降解为CO2、H2O和无机小分子物质。

光催化技术的核心是光催化剂。目前常用的光催化剂分为两类,一类是TiO2基光催化剂,主要是指纯TiO2和改性的TiO2。另一类是非TiO2体系,比如ZnO、CdS和WO3等。其中TiO2基光催化剂运用较广泛,其来源广、化学稳定性和催化活性高,没有毒性。光催化的研究内容涉及光催化剂的制备、光催化作用机理研究、光催化技术的工程化、光催化技术的各种应用研究和产品开发等等从基础到应用研究等方面,并取得了大量的研究成果。但光催化技术仍存在许多问题需要解决,先是光催化生过程中,机理不明确,通常会产生有害中间产物,降解不完全可能会形成二次污染问题。其次是VOCs浓度较低时,光催化反应缓慢,效率较低。同时,催化剂本身存在量子效率低(不到4%)、固定困难、催化剂能否均匀负载、催化剂失活等问题,难运用于处理数量大、浓度高的工业废气。因此,目前光催化技术也是处于实验室研究阶段。

膜分离技术治理VOCs与其他膜分离过程一样,利用人工合成膜的穿透、滤过或其他动力性质不同,将VOCs分子从混合废气中分离出来的技术。

膜元件是膜分离技术的装置中心。常用的膜元件包括平板膜、中空纤维膜和卷式膜。其中中空纤维膜和平板膜通常用于分离回收VOCs,但其分离回收效率受多种因素的制约。近几年,随着膜材料和膜分离技术的不断发展,技术日趋成熟,现在常用的VOCs膜分离技术有:蒸汽渗透、气体膜分离和膜接触器等。

膜分离技术已经成功运用于许多领域。美国MTR公司结合压缩冷凝和膜分离两种技术开发了一种新型的膜集成分离系统来组合实现分离VOCs。处理后达标的净化气排到大气中;而渗透物流为富集有机物的蒸汽。膜分离技术具有流程简单、能耗小、VOCs回收率高、无二次污染等特点,是一种新型分离技术,适用于较高浓度的VOCs分离与回收,一般要求体积分数在0.1%以上。而膜材料是该技术的关键。膜的材质分为有机膜和无机膜,其中无机膜材料的研究与制备是化工和材料科学热点课题之一,包括Al2O3、TiO2膜等。目前无机膜分离技术工业化运用还需解决一些问题,比如膜材料的稳定性和膜反应器的密闭性等。

【二】、催化燃烧设备的净化方法

催化燃烧是一种净化方法,催化燃烧使用催化剂在较低的温度下氧化和生废气中的可燃物质。因此,催化燃烧也称为催化化学转化。因为催化剂加速了氧化生的过程,所以大多数碳氢化合物可以在300,450的温度下被催化剂完全氧化。

与热燃烧方法相比,催化燃烧需要较少的辅助燃料,较低的能耗和较小的设备设施,基于吸附()和催化燃烧(节能)的两个基本原理,即吸附浓度-催化燃烧方法,设计净化装置。该设备使用双气路连续工作,并且该设备的两个吸附床可以交替使用。

包含有机物的废气通过风扇的作用,通过活性炭吸附层,有机物被捕集在活性炭内部,并排出清洁气体。一段时间后,活性炭达到饱和状态,吸附停止。集中于活性炭。催化净化装置配备有加热室,该加热室启动加热装置并进入内部循环。当热气源达到有机物的沸点时,有机物会耗尽活性炭并进入催化室,以催化生为CO2和H2O,同时释放能量。

当释放的能量用于重新进入吸附床进行解吸时,加热装置此时完全停止工作,有机废气在催化燃烧室内保持自燃,废气得以再生,循环成为直到有机物与活性炭内部完全分离并生成催化室。再生活性炭,并通过催化生处理有机物。

催化燃烧设备是典型的气相固相催化反应,其实质是活性氧参与氧化。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是减少反应的活化能,同时富集催化剂表面上的反应物分子以提高反应速率。借助于催化剂,可以在低起燃温度下使有机废气无焰燃烧,并氧化生成CO2和H2O,同时释放出大量的热量。

【三】、低温等离子体-催化技术

低温等离子体-催化技术净化VOCs机理是有机物分子在高能电子作用下形成各种自由基、带电中间体、小分子烃等,在催化剂作用下使可燃组份彻底氧化生,从而使气体得到净化处理的一种VOCs处理方法,由于催化作用有特殊选择性,对相同反应物,选择不同催化剂就可得到不同产物。低温等离子体催化技术优点是能耗低、性高、无二次污染、工艺操作简单、不产生副产物、处理效率高、尤其适用于低浓度大风量VOCs废气治理;缺点是工艺条件要求严格、不允许废气中含有影响催化剂寿命和处理效率的尘粒和雾滴,不允许有使催化剂中毒的物质、处理前须对废气作前处理、不适于处理燃烧过程中产生大量硫氧化物和氮氧化物VOCs废气。

大气污染防治规划将大气污染防治工作扩展至挥发性有机污染物,实行多污染联合控制,提出展开挥发性有机物污染防治工作,确定区域挥发性有机物污染防治目标。随着VOCs污染排放标准陆续颁布、管理制度体系逐步建立和排污收费制度深入推进,进行末端治理代价稳步提高,迫使污染源企业日益注重清洁生产工艺,从源头减少VOCs使用量和排放量。当前,VOCs治理难点在于其成分其复杂,不同类型化合物性质各异,大多数行业所产生的VOCs又是以混合物形式排放。因此采用单一治理技术往往难以达到治理效果,在经济上也不合理,通常情况下需要采用多种治理技术组合治理工艺。采用组合治理技术,从净化效果上考虑是为了实现污染物达标排放,从经济成本上考虑可以降低治理费用,以较低代价实现治理效果,实现废气、废水达标排放,因此成为VOCs治理技术。