催化燃燒設(shè)備中催化劑活性組分的分類和解釋

 

催化燃燒設(shè)備中的催化燃燒是典型的氣固催化反應(yīng)，其本質(zhì)是活性氧氧化。在催化燃燒過程中，催化劑的作用是降低活化能，同時(shí)催化劑表面具有吸附作用，使反應(yīng)物分子在表面富集，提高反應(yīng)速率，加快反應(yīng)速度。在催化劑的幫助下，廢氣可以在低起燃溫度下進(jìn)行無焰燃燒，并被氧化分解為CO2和H2O，同時(shí)可以釋放出***量的熱能。

 

催化燃燒設(shè)備***點(diǎn):起燃溫度低，節(jié)能。與直接燃燒相比，廢氣催化燃燒具有起燃溫度低、能耗低的明顯***點(diǎn)。在某些情況下，在達(dá)到起燃溫度后，不需要外部加熱。

 

催化燃燒設(shè)備催化劑的主要性能指標(biāo):在空速高、溫度低的條件下，廢氣燃燒反應(yīng)轉(zhuǎn)化率接近100%，表明該催化劑具有較高的活性。催化劑的活性可分為誘導(dǎo)活化、穩(wěn)定化、老化和失活三個(gè)階段，其中一些階段的使用壽命有限，工業(yè)實(shí)用催化劑的使用壽命一般在2年以上。使用壽命的長(zhǎng)短與較***的活性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)，穩(wěn)定性取決于耐熱和抗毒的能力。催化燃燒設(shè)備要求催化燃燒中使用的催化劑具有高耐熱性和耐毒性。廢氣的催化燃燒一般不在嚴(yán)格的操作條件下進(jìn)行，因?yàn)閺U氣的濃度、流量和成分往往不穩(wěn)定，所以要求催化劑對(duì)操作條件有廣泛的適應(yīng)性。催化燃燒過程操作空速高，氣流對(duì)催化劑的沖擊***。同時(shí)，由于床溫會(huì)有升有降，會(huì)造成熱脹冷縮，容易使催化劑載體破裂。因此，催化劑應(yīng)具有較***的機(jī)械強(qiáng)度和******的耐熱膨脹性和耐寒收縮性。

 

目前，催化劑的種類相當(dāng)多，根據(jù)活性成分***致可以分為三類:

 

1.雙氧化物催化劑

 

2.貴金屬催化劑

 

鉑、鈀、釕等貴金屬對(duì)烴類及其衍生物的氧化具有較高的催化活性，且使用壽命長(zhǎng)、適用范圍廣、易于回收，是常用的廢氣燃燒催化劑。比如***內(nèi)早期采用的Pt-Al2O3催化劑就屬于這類催化劑。然而，由于其資源豐富、價(jià)格昂貴、抗毒性差，人們一直在努力尋找替代品或盡量減少其用量。

 

3.過渡金屬氫化物催化劑

 

作為一種替代貴金屬的催化劑，采用了強(qiáng)氧化性的過渡金屬氧化物，對(duì)甲烷、一氧化碳等烴類具有較高的活性，同時(shí)降低了催化劑的成本，如MnOx、CoOx、CuOx等。***連理工***學(xué)研制的含二氧化錳催化劑，可在130℃和13000h-1的空速下汽化甲醇，也可汽化乙醛、丙酮和苯。

 

一般認(rèn)為，由于結(jié)構(gòu)或電子調(diào)制的相互作用，催化燃燒設(shè)備中的復(fù)合氧化物比相應(yīng)的單一氧化物具有更高的活性。主要有以下兩類:

 

一、鈣鈦礦型復(fù)合氧化物

 

在一定條件下，稀土和過渡金屬氧化物可以形成通式為ABO3的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，其活性明顯***于相應(yīng)的單一氧化物。一般A是四面體結(jié)構(gòu)，B是八面體結(jié)構(gòu)，所以A和B形成交替的三維結(jié)構(gòu)，容易置換產(chǎn)生性格缺陷，即催化活性中心，表面晶格氧提供高度活性的氧化中心，從而實(shí)現(xiàn)氧化反應(yīng)。有幾種常見的類型，如BaCuO2和LaMnO3。(2)尖晶石型復(fù)合氧化物

 

作為復(fù)合氧化物的重要結(jié)構(gòu)類型，以AB2X4為代表。尖晶石也具有***異的氧化催化活性。例如，一氧化碳催化燃燒的燃點(diǎn)在低溫(約80℃)下下降，碳?xì)浠衔锏难趸梢栽诘蜏叵聦?shí)現(xiàn)。其中，對(duì)活性CuMn2O4尖晶石進(jìn)行了研究，***別是對(duì)芳烴。比如燃燒甲苯只需要260℃，實(shí)現(xiàn)低溫催化燃燒，具有***殊的現(xiàn)實(shí)意義。

 

二、催化劑的負(fù)載方式催化劑活性組分可以通過以下方式沉積在載體上；在纏繞或壓制的金屬載體上進(jìn)行電沉積；沉積在粒狀陶瓷材料上；沉積在蜂窩結(jié)構(gòu)的陶瓷材料上。