发布时间：2015-03-20 来源：人大经济论坛

VOCs催化燃烧特性及影响因素研究进展_硕士论文范文 1 引言 挥发性有机物（Volatile Organic Compounds, VOCs）是指除甲烷及氟氯烃以外的常温下饱和蒸汽压超过70.91Pa 或常压下沸点少于260℃的有机化合物，如脂肪烃、芳香烃、卤代烃、含氧烃[1]。VOCs 主要来自石油化工、建材、喷涂作业及内燃机不完全燃烧。VOCs 除了具有毒性或恶臭外，还是光化学烟雾的罪魁祸首。近些年来，大气VOCs 污染受到人们广泛关注。 常见的VOCs 污染末端控制技术主要有：吸收、吸附、冷凝、燃烧、生物降解[1-2]。吸收、吸附及冷凝技术通常用于溶剂回收和预处理。生物降解技术适合于极低浓度VOCs 废气的处理，但降解速率慢，微生物对毒物敏感。对于污染组分复杂，不适合回收溶剂的VOCs废气，通常采用燃烧技术。传统的热力燃烧需要很高的燃烧温度，处理中、低浓度的VOCs时需要消耗大量的辅助燃料，存在运行成本高等缺点[2-3]。而催化燃烧的燃烧温度低，减少或无需辅助燃料的消耗，具有运行成本低等优势，是一种高效、经济、可靠的VOCs 污染控制技术。 2 VOCs 催化燃烧特性 2.1 VOCs 催化燃烧的基本原理 VOCs 催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的剧烈氧化作用[3]。在催化剂的作用下，VOCs 在较低温度下进行无火焰燃烧被彻底氧化物CO2 和H2O，释放出能量，反应方程式如式1 所示。对于CVOCs 和SVOCs 的催化燃烧，Cl、S 分别转化为HCl/Cl2、SO2。 CmHn+(m+n/4) O2催化剂→m CO2+(n/2) H2O+Q (1) 2.2 催化燃烧的基本流程 VOCs 催化燃烧包括预热、催化反应、热回收三个基本流程。工业排放的VOCs 废气的温度通常较低，进入催化反应床之前需要预热，通常采用热交换器预热。对于低浓度、低温度的VOCs 废气，燃烧过程无法维持自身热平衡，需要消耗辅助燃料。预热后的VOCs 废气进入催化反应床，在催化剂表面发生无焰燃烧，被彻底氧化并释放出大量热能。净化后的气流具有很高的温度，采用热交换器回收热量，以供VOCs 废气预热之用，减少辅助燃料的消耗和避免对环境造成热污染。国内外工程化应用的VOCs 废气催化燃烧工艺主要有蓄热式催化燃烧、热回收式催化燃烧、直燃式催化燃烧、吸附浓缩—催化燃烧四类[4-6]。 2.3 VOCs 催化燃烧特点 1）起燃温度低，反应速率快，节省能源。催化燃烧过程中，催化剂起到降低VOCs 分子与氧分子反应的活化能，改变反应途径的作用。相比热力燃烧，催化燃烧具有起燃温度低，反应速率快的优越性。催化燃烧与热力燃烧性能比较见。催化燃烧起燃温度低，节省了辅助能源的消耗，在某种情况下，甚至无需外界供热。 2）处理效率高，二次污染物和温室气体排放量少。采用催化燃烧处理VOCs 废气的净化率通常在95%以上，终产物主要为CO2 和H2O。由于催化燃烧温度低，大量减少NOx的生成[3-5]。辅助燃料消耗排放的CO2 量在总CO2 排放量中占很大比例，辅助能源消耗量减少，显然减少了温室气体CO2 排放量。 3）适用范围广。催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体，适合处理的VOCs 浓度范围广。对于低浓度、大流量、多组分而无回收价值的VOCs 废气，采用催化燃烧法处理是最经济合理的。 3 VOCs 催化燃烧影响因素研究进展 VOCs 催化燃烧是一个十分复杂的物理、化学反应过程，涉及VOCs 和氧分子的的扩散、吸附、解吸及化学反应，其净化速率及净化效果受诸多因素的影响。下文就VOCs 催化燃烧过程影响因素进行探讨。 3.1 催化剂物理化学性质 通常催化 VOCs 燃烧所用的催化剂主要有贵金属和金属氧化物两类。贵金属催化剂主要有Pt、Pd、Rh 等，金属氧化物催化剂活性成分为过渡金属氧化物，这些典型的金属氧化物有CrOx、MnOx、CoOx、CuOx、VOx 和TiO2[3,9]。贵金属催化剂活性一般比金属氧化物催化剂高，但金属氧化物催化剂成本低，增加使用量可提高其总催化活性。Pt 和Pd 对于不同的反应物表现出不同的活性，对于C2-C4 的烷烃、芳烃及氯苯的燃烧，Pt 活性高于Pd；对烯烃、二氯甲烷和三氯乙烯的燃烧，Pd 的活性则高于Pt[9-10]。金属氧化物催化剂又分为单一金属氧化物和复合金属氧化物。对于不同反应物，金属氧化物催化活性存在很大差异，但一般认为，复合金属氧化物催化活性比相应的单一金属氧化物高。此外，催化燃烧过程中催化剂失活对VOCs 净化速率及效果也有显著的负面影响。复合金属氧化物抗中毒和抗烧结性能都优于贵金属催化剂[3,11]。SATU OJALA 认为Cu-Mn 复合氧化物和Pt 是常规VOCs 氧化过程最适合的催化剂，SVOCs 氧化过程最适催化剂为MnO2-MgO[7]。活性组分的粒径及负载量对催化活性也有紧密的联系。一般认为，活性组分粒径越小，活性中心越多，催化活性越好[9,12]。当粒径处于纳米尺度，催化剂因其特有的“表面效应”