南通有機(jī)廢氣催化燃燒裝置在催化劑的作用下，使有機(jī)廢氣中的碳?xì)浠衔镌跍囟容^低的條件下迅速氧化成水和二氧化碳，達(dá)到治理的目的。催化燃燒法處理工業(yè)有機(jī)廢氣是20世紀(jì)40年代末出現(xiàn)的技術(shù)。

    催化燃燒裝置，這項(xiàng)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于油漆、橡膠加工、塑料加工、樹脂加工、皮革加工、食品業(yè)和鑄造業(yè)等部門，也用于汽車廢氣凈化等方面。中國在1973年開始將催化燃燒法用于治理漆包線烘干爐排出的有機(jī)廢氣,隨后又在絕緣材料、印刷工業(yè)等方面進(jìn)行了研究,使催化燃燒法得到了廣泛的應(yīng)用。

    催化燃燒過程是在催化燃燒裝置中進(jìn)行的。有機(jī)廢氣先通過熱交換器預(yù)熱到200～400℃，再進(jìn)入燃燒室，通過催化劑床時，碳?xì)浠衔锏姆肿雍突旌蠚怏w中的氧分子分別被吸附在催化劑的表面而活化。由于表面吸附降低了反應(yīng)的活化能，碳?xì)浠衔锱c氧分子在較低的溫度下迅速氧化，產(chǎn)生二氧化碳和水。

    催化燃燒反應(yīng)的關(guān)鍵是選擇合適的催化劑。對催化劑的要求是：活性高,特別要低溫活性好,以便在盡可能低的溫度下開始反應(yīng)。燃燒反應(yīng)是放熱反應(yīng)，釋放出大量的熱可使催化劑的表面達(dá)到500～1000℃的高溫，而催化劑容易因熔融而降低活性，所以要求催化劑能耐高溫。

    作催化燃燒用的催化劑可分為:①貴金屬類:鉑、鈀、釕等。貴金屬催化劑有很高的氧化活性和易回收等優(yōu)點(diǎn)，雖然存在著資源稀少、價格昂貴和耐中毒性差等缺點(diǎn)，但仍然是世界各國采用的主要催化劑。②非貴金屬類：主要是過渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物。單組分的氧化物，如氧化銅(CuO)和氧化鎳(NiO)等。單組分氧化物耐熱性差，活性低，致使應(yīng)用受到限制。以后改用兩種以上的金屬氧化物的混合物，如二氧化錳－氧化銅(3:2)的復(fù)合物，三氧化二鐵－三氧化二鉻復(fù)合物，氧化銅－三氧化二鉻復(fù)合物，鈷、錳的尖晶石型復(fù)合物，銅、錳、鎳、鋅的鉻酸鹽等。復(fù)合氧化物雖可改善某些催化性能，但氧化活性仍不及貴金屬。此外，還有金屬硫化物如釷、鎳、鉬、鈷的硫化物。這類催化劑一般只適用于含硫的碳?xì)浠衔锏拇呋紵?使用溫度限于300～400℃，高溫時易分解。

    催化劑的活性物質(zhì)

    一般都涂在載體上，所以它的形狀也依載體而異。載體有γ-Al2O3制成的球體、圓柱體和各種異形體，有用表面覆蓋活性氧化鋁薄膜的多孔陶瓷蜂窩體，也有用耐熱合金絲制成的膨體球和金屬波紋板等。載體可減少催化劑的用量，起支撐作用。它應(yīng)具有比表面積大、耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度大和流體阻力小等特性。

    不同的碳?xì)浠衔锿ㄟ^催化劑時反應(yīng)的難易程度也不相同。難度大小一般按下列順序排列:側(cè)鏈>直鏈;炔烴>烯烴>烷烴；Cn>…>C3>C2>C1；脂肪族>脂環(huán)族>芳香族。

    相同的碳?xì)浠衔锿ㄟ^不同的催化劑時反應(yīng)的難易程度也有差別。難度大小一般按下列順序排列：

    組成及功能

    催化燃燒器電控制系統(tǒng)[4]由PLC控制器、文本顯示器、變頻調(diào)速器、點(diǎn)火器、紫外線傳感器、熱電偶等電控設(shè)備以及風(fēng)機(jī)，另外由零壓閥調(diào)節(jié)燃?xì)馀c空氣的比例。催化燃燒電氣控制系統(tǒng)工作過程分為三個狀態(tài)：燃燒器工作狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)及參數(shù)設(shè)定狀態(tài)。在工作狀態(tài)中又分為點(diǎn)火過程和燃燒過程。由安裝的熱電偶檢測出溫度，送文本顯示器顯示。PLc具有模擬量輸入、輸出模塊，檢測火焰燃燒信號和熱電偶溫度信號，將檢測到的信號與設(shè)定的信號經(jīng)過比較運(yùn)算后，通過0～10V電信號控制變頻器的輸出頻率來調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持燃燒器的燃燒溫度，這就是構(gòu)成以設(shè)定溫度為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)；自動檢測燃燒器溫度信號與設(shè)定的溫度比較，輸出各類報警信號或直接停機(jī)。顯示器可以顯示燃?xì)饬髁?、燃燒溫度和變頻器輸出頻率。設(shè)定參數(shù)和工作狀態(tài)等信息；可以通過顯示器在線調(diào)整運(yùn)行溫度參數(shù)，修改設(shè)定溫度控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。該系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是較強(qiáng)的邏輯互鎖功能，從而保證系統(tǒng)工作可靠，并且具有較為完善的控制功能。

   南通有機(jī)廢氣催化燃燒裝置

    該系統(tǒng)工作過程主要劃分為三種狀態(tài)參數(shù)設(shè)定、燃燒運(yùn)行和燃燒停止。

    1．參數(shù)設(shè)定狀態(tài)

    此狀態(tài)為燃燒工作之前做好數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。可根據(jù)需要分別設(shè)定點(diǎn)火溫度和變頻器起動時的頻率，控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。點(diǎn)火溫度是為了保證點(diǎn)火過程的可靠性。起動頻率保證催化燃燒器在剛點(diǎn)燃時的有焰燃燒，這時的燃燒比不易太低，風(fēng)量不能過大。

    2．燃燒運(yùn)行狀態(tài)

    (1)燃燒起動過程

    當(dāng)控制系統(tǒng)在待命的狀態(tài)下，接到輸入的起動命令，將進(jìn)入燃燒運(yùn)行狀態(tài)，首先是控制系統(tǒng)進(jìn)行自檢，之后進(jìn)行前吹掃，變頻器輸出信號控制風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，空氣風(fēng)量由低速漸變?yōu)楦咚僭僦饾u變?yōu)榈退伲迈r空氣風(fēng)吹過燃燒爐盤，以保證爐內(nèi)沒有殘留燃?xì)獾拇嬖?，保證點(diǎn)火過程的安全可靠。具體操作是變頻器先起動，PLc模擬輸出信號使變頻器頻率從起動設(shè)定頻率開始上升，達(dá)到一定頻率后保持一定時間后再下降，完成起動前的吹掃。之后，發(fā)出點(diǎn)火信號，高壓點(diǎn)火器工作，同時打開點(diǎn)火管道的閥門，小火點(diǎn)燃。通過紫外線傳感器的檢測到期小火點(diǎn)燃后，打開主燃?xì)忾y門。這時催化燃燒爐盤進(jìn)行有焰燃燒，直到檢測溫度信號達(dá)到設(shè)定的點(diǎn)火關(guān)閉溫度，點(diǎn)火閥門關(guān)閉，完成點(diǎn)火過程，進(jìn)入到燃燒調(diào)節(jié)階段。

    (2)燃空比的調(diào)定

    有文獻(xiàn)表明，催化燃燒時的“燃?xì)?空氣比值"范圍一般在4%～11%之間；在一定的燃燒條件之下，燃/空比為6%時，天然氣就能實(shí)現(xiàn)較好的催化燃燒效果，燃燒系統(tǒng)就可以得到最大的熱效率，同時又能取得較好的排放效果。

    本系統(tǒng)的燃?xì)庖豢諝獗鹊恼{(diào)節(jié)是通過零壓閥實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)改變風(fēng)機(jī)的空氣風(fēng)量時，燃/空比也能隨之被改變，以達(dá)到催化燃燒器燃燒工作的要求。在起動時只要調(diào)節(jié)輸出變頻器的頻率就能達(dá)到點(diǎn)火時要求的從有焰燃燒到催化燃燒的燃/空比的變化。

    (3)燃燒溫度調(diào)節(jié)

    燃燒器溫度調(diào)節(jié)可以通過文本顯示器的鍵盤輸入，改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量。當(dāng)風(fēng)量增大，燃燒溫度超過設(shè)定值，則PLc控制變頻器降低輸出頻率，減少出風(fēng)量來穩(wěn)定燃燒器的溫度。若變頻器輸出頻率低于設(shè)定值(風(fēng)機(jī)出風(fēng)量頻率，設(shè)為5Hz)，而出風(fēng)量仍高于設(shè)定值時，PLc開始計時，若在一定時間內(nèi)，降低到設(shè)定值，PLc放棄計時，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行；若在一定時間內(nèi)溫度仍高于設(shè)定，PLc將繼續(xù)調(diào)節(jié)，直至達(dá)到設(shè)定值。由PLc經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如溫度不夠，則頻率上升，延時保持一定時間。反之亦然。

    3．燃燒停止?fàn)顟B(tài)

    燃燒器的停止是在接受到文本顯示器發(fā)來的停止命令，首先將主燃?xì)忾y關(guān)斷，然后，系統(tǒng)進(jìn)行后吹掃，進(jìn)行驅(qū)散殘余燃?xì)猓θ紵P進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷降溫。經(jīng)過一段時間之后，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，變頻器停止工作，完成燃燒器停機(jī)過程。

    處理不同的工業(yè)有機(jī)廢氣應(yīng)當(dāng)根據(jù)上述排列順序選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?/p>

    ①可以降低有機(jī)廢氣的起始燃燒溫度。例如甲醇、甲醛在以氧化鋁為載體的Pt催化劑(Pt/Al2O3)的作用下,室溫下就開始燃燒,而直接燃燒法起始燃燒點(diǎn)通常為300～600℃。②燃燒不受碳?xì)浠衔餄舛鹊南拗?。③基本上不會造成二次污染。④設(shè)備較簡單，投資少，見效快。

    催化燃燒法存在的主要問題是催化劑易中毒和不耐高溫。易使催化劑中毒的物質(zhì)有焦油、油煙、粉塵、鉛化合物和硫、磷、鹵族元素的化合物等。為了保持催化劑的活性，一般都采用前處理的辦法，預(yù)先除掉有毒物質(zhì)。近幾年來，含稀土元素的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物催化劑的研制在提高耐高溫性能等方面有所進(jìn)展。中國研制的稀土元素催化劑已用于有機(jī)廢氣的治理。