催化燃烧净化法与直接燃烧净化法一样,均属于热力破坏法,其机理都是氧化和热裂解、热分解废气中的有机成分,分解为害的二氧化碳和水。其原因是催化燃烧的温度要比热焚烧的温度低得多,而且效率高、能耗低、压降小、所需设备体积小、造价低,不产生氮氧化物。
催化燃烧是典型的气-固相催化反应,其实质是活/氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低活化能,同事使反应分子富集于表面提高了反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下,发生无焰燃烧,并氧化分解为CO2和H2O2,同时放出大量热能。
催化燃烧的特点:
1.起燃温度低,节省能源。有机废气催化燃烧与直接燃烧相比,具有起燃温度低,能耗小的显著特点;
2.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。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多成分、又没有回收价值的废气,采用吸附-催化燃烧法的处理效果;
3.处理效率高,二次污染,用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上,终产物为无害的CO2和H20,因为无二次污染问题,此外,由于温度低,能大量减少NOx的生成。
催化燃烧是放热反应,放热量的大小取决于有机物的种类及其含量。依靠废气燃烧的反应热,维持催化燃烧过程持续进行是经济的操作方法,而能否以自热维持体系的正常反应,则取决于燃烧过程的放热量、催化剂的起燃温度、热量回收率、废气的初始温度。以净化含甲苯的废气为例,设3种废气中分别含有甲苯2000、1000、500?mg/m3,催化剂的相应起燃温度分别为200、250、300℃,废气的初始温度分别为30、150℃,热交换器的效率与需补充能量的关系如表2所示(表中t1、t2、t3、t4、t5分别表示废气初始温度、经热交换器预热后的温度、进催化床的温度,出催化床的温度及净化气经热交换器换热后放空的温度)。从表2可见,热交换器的效率越高,催化剂的起燃温度越低,废气的初始温度越高,实现自热运转可能/越大。而5000mg/m3左右的有机物残留量在工业有机废气中是常见的,只要热交换器的换热效率达到50%~60%,就可利用热交换器回收燃烧反应热来维持催化燃烧体系的进行。