催化燃燒

在化學反應過程中，利用催化劑降低燃燒溫度，加速有毒有害氣體完全氧化的方法，叫做催化燃燒法。由於催化劑的載體是由多孔材料製作的，具有較大的比表面積和合適的孔徑，當加熱到300~450℃的有機氣體通過催化層時，氧和有機氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上，增加了氧和有機氣體接觸碰撞的機會，提高了活性，使有機氣體與氧產生劇烈的化學反應而生成CO2和H2O，同時產生熱量，從而使得有機氣體變成無毒無害氣體。

催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應器、熱回收系統和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成，如右圖所示。其凈化原理是：未凈化氣體在進入燃燒室以前，先經過熱交換器被預熱後送至燃燒室，在燃燒室內達到所要求的反應溫度，氧化反應在催化反應器中進行，凈化后煙氣經熱交換器釋放出部分熱量，再由煙囪排入大氣。

催化燃燒裝置設計時應考慮以下幾方面問題：

1、氣流和溫度均勻分佈。要使通過催化劑表面的氣流和溫度分佈均勻，並保證火焰不直接接觸催化劑表面，燃燒室必須具有足夠的長度和空間。催化燃燒裝置應具有良好的保溫效果。爐體一般用鋼結構的外殼內襯耐火材料，或用雙層夾牆結構。

2、便於清洗和更換。催化劑反應器一般應設計成裝卸方便的模屜結構，便於清洗和更換催化劑載體。

3、輔助燃料和助燃。催化燃燒一般採用天然氣作輔助燃料，也可用燃料油、電加熱等作輔助燃料。助燃一般用凈化后的氣體，如果凈化后的氣體不能作為助燃，則應引入空氣助燃。

4、較高的轉化速度。由於催化燃燒為不可逆的放熱反應，所以，無論反應進行到什麼階段，都應在儘可能高的溫度下進行，以獲得較高的轉化速度。但操作溫度往往受某些條件的限制，如催化劑的耐熱溫度、高溫材料的獲得，熱能的供應，以及是否伴有副反應等。因而實際生產中應根據實際情況恰當地選擇。

催化劑是一種能改變化學反應速度，而在反應前後其本身的化學性質沒有改變的物質。催化劑通常是由催化活性材料和催化載體構成。催化活性材料一般是金屬或金屬氧化物。其中貴重金屬催化劑主要有鉑、鈀和釕等，普通金屬催化劑主要有銅、鉻、鎳、釩、錳、鐵、鈷等金屬及氧化物。催化載體是多孔材料，主要作用是使活性材料具有大的體表面積。催化載體分為金屬載體、陶瓷載體和炭纖維載體。金屬載體一般是以鎳或鎳鉻合金為載體做成的帶、片、丸、絲等形狀，通過“電鍍”或“化學鍍”（即溶液浸漬）將鉑、鈀鍍在這些載體上，並製成便於裝配、拆卸的模屜。以陶瓷為載體的催化劑，一般是以硅—鋁氧化物為載體，其結構有片粒狀和蜂窩狀兩種。一般在陶瓷結構上塗敷一層僅0.13mm厚的α-氧化鋁薄層，把活性的鉑、鈀等金屬催化劑以微晶狀態沉積或分散在多孔的氧化鋁薄層中，並製成便於裝配、拆卸的模屜。炭纖維載體可製作成線狀、氈狀、網狀等形狀，在載體上塗敷催化活性材料，製成便於裝配、拆卸的模屜。

催化劑是催化燃燒法的核心，一種好的催化劑必須具備催化活性高、熱穩定性好、強度高、壽命長等特性。

1、活性高。催化劑的活性好壞直接影響催化燃燒的化學轉化率。而轉化率不僅與催化活性材料自身的活性有關，而且與催化載體的物理形狀有著直接關係。所以，在選擇適應的催化活性材料的同時，還必須考慮催化載體的物理形狀，保證催化劑有較高的活性，達到催化燃燒凈化的目的。

2、熱穩定性好。由於廢氣的溫度隨時變化，如果催化劑不能適應一定範圍內的溫度變化，催化劑的性能就會下降，凈化效率就會降低。因此，催化劑必須具備適應一定範圍內的溫度變化。

3、強度高。在催化燃燒過程中，催化劑往往會因高溫、振動和氣流等因素的作用，使催化劑產生破裂和磨損，破裂和磨損會造成催化劑的活性降低，增加催化劑床層的壓降，影響凈化效果。

4、壽命長。催化活性材料大都比較昂貴，所以，設計時選用催化劑時應盡量使用壽命較長的催化劑。

催化燃燒適用於含有可燃氣體、蒸氣等有毒有害氣體的凈化，但對於含有大量塵粒、霧滴等有毒有害氣體，容易引起催化床層的堵塞，使催化活性下降，從而降低凈化效率。催化燃燒凈化方法，幾乎適用於所有排放烴類或有臭味化合物的工業生產過程。