南通有機廢氣催化燃燒裝置在催化劑的作用下，使有機廢氣中的碳氫化合物在溫度較低的條件下迅速氧化成水和二氧化碳，達到治理的目的。催化燃燒法處理工業(yè)有機廢氣是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廢氣,隨后又在絕緣材料、印刷工業(yè)等方面進行了研究,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行的。有機廢氣先通過熱交換器預(yù)熱到200～400℃，再進入燃燒室，通過催化劑床時，碳氫化合物的分子和混合氣體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，碳氫化合物與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，雖然存在著資源稀少、價格昂貴和耐中毒性差等缺點，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氫化合物的催化燃燒,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、機械強度大和流體阻力小等特性。

    不同的碳氫化合物通過催化劑時反應(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。

    相同的碳氫化合物通過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、點火器、紫外線傳感器、熱電偶等電控設(shè)備以及風(fēng)機，另外由零壓閥調(diào)節(jié)燃氣與空氣的比例。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。顯示器可以顯示燃氣流量、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)整運行溫度參數(shù)，修改設(shè)定溫度控制風(fēng)機的運行。該系統(tǒng)還設(shè)有多種保護功能，尤其是較強的邏輯互鎖功能，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?？筛鶕?jù)需要分別設(shè)定點火溫度和變頻器起動時的頻率，控制風(fēng)機的風(fēng)量。點火溫度是為了保證點火過程的可靠性。起動頻率保證催化燃燒器在剛點燃時的有焰燃燒，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，將進入燃燒運行狀態(tài)，首先是控制系統(tǒng)進行自檢，之后進行前吹掃，變頻器輸出信號控制風(fēng)機的旋轉(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)沒有殘留燃氣的存在，保證點火過程的安全可靠。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)出點火信號，高壓點火器工作，同時打開點火管道的閥門，小火點燃。通過紫外線傳感器的檢測到期小火點燃后，打開主燃氣閥門。這時催化燃燒爐盤進行有焰燃燒，直到檢測溫度信號達到設(shè)定的點火關(guān)閉溫度，點火閥門關(guān)閉，完成點火過程，進入到燃燒調(diào)節(jié)階段。

    (2)燃空比的調(diào)定

    有文獻表明，催化燃燒時的“燃氣/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)的燃氣一空氣比的調(diào)節(jié)是通過零壓閥實現(xiàn)的。當(dāng)改變風(fēng)機的空氣風(fēng)量時，燃/空比也能隨之被改變，以達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到點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)，直至達到設(shè)定值。由PLc經(jīng)PID運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，首先將主燃氣閥關(guān)斷，然后，系統(tǒng)進行后吹掃，進行驅(qū)散殘余燃氣，并對燃燒盤進行強制風(fēng)冷降溫。經(jīng)過一段時間之后，關(guān)閉風(fēng)機，變頻器停止工作，完成燃燒器停機過程。

    處理不同的工業(yè)有機廢氣應(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通常為300～600℃。②燃燒不受碳氫化合物濃度的限制。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展。中國研制的稀土元素催化劑已用于有機廢氣的治理。