VOCs催化燃烧整体式催化剂的研究.doc

挥发性有机化合物(VOCs)是一类毒性大、污染严重的化学物质。目前VOCs的污染问题日益受到各国的高度重视，我国已颁布了大气污染物综合排放标准，制定了各类有机污染物在空气中严格的排放标准。国内外VOCs污染控制方法目前主要有吸附法、吸收法、生物处理技术、膜分离技术、直接燃烧法、催化燃烧法等。其中，催化燃烧法是一种高效清洁燃烧技术，主要利用催化剂使有机废气在较低的温度条件下充分燃烧。相对其他处理技术，催化燃烧具有显著的优点：起燃温度低能耗少，处理效率高，无二次污染等，使之成为目前最有前景的VOCs处理方法之一。高效催化燃烧催化剂是催化燃烧技术的关键核心，以块状载体作为骨架基体的催化剂称为规整结构催化剂，也称为整体式催化剂。由于具有特殊孔道结构，这类催化剂改善了催化反应床层上的物质传递，提高了催化效率，降低了压力，减少了操作费用，在石油化工、精细化工等多相催化反应中得到越来越广泛的应用。1整体式催化剂整体式催化剂主要由活性组分、助催化剂、分散担体和骨架基体四部分构成。整体式催化剂独特的骨架结构具有大量宏观尺度上的中空孔道，内部的孔道全是从一端到另一端直通，骨架基体起支撑体的作用，称为第一载体;分散担体通常以涂层的形式涂覆在骨架基体上，称为第二载体，为了增大第一载体的比表面积，减少活性组分的用量和使活性组分更加均匀地分布在载体上，涂层材料一般具有高表面积，如Al2O3。骨架基体和分散担体一起构成了整体式催化剂的载体;活性组分是催化作用的根本性物质，如Pt，Pd，Cu等;助催化剂是提高主催化剂活性、选择性，改善催化剂耐热性和寿命等的一种物质组分，活性组分和助催化剂共同负载在载体上构成整体式催化剂。1.1整体式催化剂与传统粒状催化剂的比较整体式催化剂与粒状催化剂相比，在传热、传质和压降性能上有很大优势。(1)传热方面，整体式催化剂孔道多，孔壁较薄，平行孔道间没有流体的径向主体传输，可以认为是径向绝热，由于其表面积高，气体向表面传热很快;而粒状催化剂要加热的质量相比较很大，最终使催化剂着火的时间长。(2)传质方面，涂覆式的整体式催化剂能够将活性组分分散在表面上，另一方面，由于它具有高几何表面积，缩短了反应物到活性中心的扩散路程，与粒状催化剂相比较，内扩散距离大概少1个数量级，而且整体式催化剂的转化率与催化反应器形状无关。(3)整体式催化剂一个很突出的特性是压力降低，颗粒任意填充床中、气流是湍流，而整体式催化剂的直通孔道减少了流动阻力，在相同空速和床层高度下，整体式催化剂的压力降比粒状催化剂颗粒床低23个数量级。另外整体式催化剂工业放大相较于粒状催化剂简单。1.2骨架基体载体的分类及其特点根据不同的构造，骨架基体主要有蜂窝型、泡沫型和交叉流动型，其中蜂窝载体是研究最多、应用最广泛的一种。目前蜂窝载体按其材质主要可以分为蜂窝陶瓷载体和金属蜂窝载体。1.2.1蜂窝陶瓷载体载体材料主要有草青石、刚玉、TiO2等。蜂窝陶瓷载体是一种蜂窝状的多孔陶瓷，常用规格有100cell/in2、200cell/in2、300cell/in2和400celt/in2，载体性质见表l。1.2.2金属蜂窝载体金属蜂窝载体是一种金属蜂窝状的新型功能复合材料，一般用的材质是不锈钢或不锈钢合金，常用规格有400cell/in2、500cell/in2和600cell/in2，载体性质见表l。金属蜂窝载体具有多方面的优良性能，应用在多方面领域，目前为止，Fe-CrAl等抗氧化性优良的蜂窝状合金基体已广泛地应用于汽车尾气净化器上。1.2.3其它载体除了蜂窝陶瓷和金属蜂窝载体，还有如碳(硅)纤维载体、金属丝网和金属泡沫冶金多孔材料等整体载体。表1常用载体的性质2贵金属整体式催化剂贵金属很早应用在催化燃烧领域中，与非贵金属相比，贵金属催化剂显示出更高的催化活性。目前常用的贵金属有Pd、Pd、Rh，在VOCs催化燃烧中应用最