王筱喃，趙 磊，郝曉霞，王 新，劉忠生

（撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

科研與開發(fā)

Pt/Pd催化燃燒催化劑處理含苯系物廢氣技術(shù)研究

王筱喃，趙 磊，郝曉霞，王 新，劉忠生

（撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

采用Pt/Pd催化燃燒催化劑對含苯系物的有機(jī)廢氣進(jìn)行了處理。通過對單組分和多組分關(guān)鍵污染物模擬廢氣的催化燃燒考察實(shí)驗(yàn)表明， Pt/Pd催化劑對含苯系物有機(jī)廢氣中各關(guān)鍵污染組分具有較強(qiáng)的脫除效果。在反應(yīng)器入口溫度250 ℃，空速20 000 h-1的條件下，污染物去除率達(dá)到97%以上。凈化后氣體符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

催化燃燒; 含苯系物廢氣； Pt/Pd催化劑； 廢氣治理

含苯系物廢氣是指含苯、甲苯和二甲苯等組分的揮發(fā)性有機(jī)廢氣[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，尤其是在輕工業(yè)比較集中的沿海城市，含苯系物有機(jī)廢氣的排放量日益增多[2]。含苯系物有機(jī)廢氣毒性大, 若廢氣直接排入大氣將對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時(shí)危害人體健康[3]。因此，研究含苯系物有機(jī)廢氣處理技術(shù)是十分必要的。

傳統(tǒng)的有機(jī)廢氣凈化方法有吸附法、吸收法、冷凝法和直接燃燒法等，但這些方法存在易產(chǎn)生二次污染、能耗大、易受有機(jī)廢氣的濃度和溫度限制等缺點(diǎn)[4]。催化燃燒是在催化劑存在的條件下使廢氣中有害可燃組分完全氧化為CO2和H2O，具有起燃溫度低、能耗低等顯著特點(diǎn)[5,6]。結(jié)合含苯系物有機(jī)廢氣的特性，中國石化撫順石油化工研究院（FRIPP）開發(fā)了含苯系物廢氣的處理技術(shù)及配套的Pt/Pd催化燃燒催化劑，有機(jī)廢氣經(jīng)處理后，苯系物去除率高，處理后氣體可以達(dá)標(biāo)排放。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料及儀器

氮?dú)猓?9.99%； Pt/Pd催化劑，撫順石油化工研究院自主開發(fā)；JUM總烴測定儀；催化燃燒小試裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）模擬廢氣中有機(jī)物去除率計(jì)算公式

以濃度5 000 mg/m3的甲烷氣體為標(biāo)準(zhǔn)氣，采用JUM型總烴測定儀檢測分析待處理廢氣及凈化氣體中總烴含量。根據(jù)廢氣與凈化氣中烴的差量，按公式（1）計(jì)算廢氣中有機(jī)物催化燃燒去除率。

式中：α—有機(jī)廢氣催化燃燒處理去除率，%；

w1—待處理廢氣總烴濃度，mg/m3；

w2—凈化氣體總烴濃度，mg/m3。

（2）催化燃燒小試裝置

催化燃燒小試裝置的設(shè)計(jì)處理規(guī)模為5 m3/h，其工藝流程見圖1。

配置好的模擬廢氣經(jīng)過預(yù)處理器后，進(jìn)入預(yù)熱器中，將廢氣加熱到反應(yīng)需要的溫度。然后廢氣進(jìn)入催化燃燒反應(yīng)器中，在一定溫度及催化劑的作用下，廢氣中有機(jī)組分與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H2O，同時(shí)放出大量熱量。待反應(yīng)器出口溫度穩(wěn)定后，對反應(yīng)器進(jìn)、出口氣體進(jìn)行采樣，分析其總烴濃度，計(jì)算總烴去除率。

圖1 廢氣催化燃燒小試裝置工藝流程Fig.1 The process of catalytic combustion

（3）Pt/Pd催化劑

實(shí)驗(yàn)中采用FRIPP自主開發(fā)的Pt/Pd催化燃燒催化劑，該催化劑具有高空速、低壓降、高活性等特點(diǎn)。

（4）催化劑氧化性能研究

采用Pt/Pd催化劑對不同烴類有機(jī)物進(jìn)行催化燃燒處理實(shí)驗(yàn)，研究催化劑對各種烴類有機(jī)物的氧化能力。

（5）模擬廢氣的配制

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，根據(jù)有機(jī)廢氣中主要有機(jī)物組分，選取關(guān)鍵污染組分苯、苯乙烯、乙醛、乙苯、苯乙酮等，以空氣為底氣配置不同濃度的模擬廢氣。模擬廢氣的組成及濃度見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)?zāi)M廢氣組成Table 1 Composition of simulated exhaust gas

在催化劑氧化性能實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對單組分和多組分關(guān)鍵污染物模擬廢氣進(jìn)行了催化燃燒實(shí)驗(yàn)。

a. 單組分催化燃燒實(shí)驗(yàn) 采用廢氣催化燃燒小試裝置，應(yīng)用Pt/Pd催化劑，以苯、乙苯、乙醛、苯乙烯和苯乙酮等單組份為處理對象，進(jìn)行催化燃燒考察實(shí)驗(yàn)。

b. 多組分催化燃燒實(shí)驗(yàn) 以苯、乙苯、苯乙烯和苯乙酮四種苯系物的混合物為模擬廢氣，考察Pt/Pd催化劑對污染物組分的脫除效果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 Pt/Pd催化劑氧化性能研究

實(shí)驗(yàn)中控制催化燃燒反應(yīng)器床層空速20 000 h-1、實(shí)驗(yàn)溫度250 ℃，針對不同烴類有機(jī)物進(jìn)行了大量催化燃燒實(shí)驗(yàn)研究，研究表明Pt/Pd貴金屬催化劑具有活性高、起燃溫度低、耐高溫、不易中毒、使用壽命長、適用對象寬等特點(diǎn)。對可燃組分的氧化難易程度是：碳數(shù)越多越易被氧化；在同碳數(shù)量情況下，對烴的氧化難易程度是炔類＞烯類＞脂肪類（烷基）＞脂肪環(huán)（環(huán)烷烴）＞脂肪族＞芳烴類，所以在有機(jī)廢氣處理中，甲烷是最難氧化的。

2.2 單組分有機(jī)物催化燃燒實(shí)驗(yàn)

在床層空速20 000 h-1，反應(yīng)器入口溫度250 ℃左右的條件下，分別以苯、乙苯、乙醛、苯乙烯和苯乙酮等為處理對象，考察了Pt/Pd催化劑對各污染物組分的去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，Pt/Pd催化劑對苯、乙苯、乙醛、苯乙烯和苯乙酮的去除率均大于97%，催化劑的氧化性能較好。

表2 單組分有機(jī)物催化燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table2 The experimental results of catalytic combustion

2.3 混合模擬廢氣的催化燃燒實(shí)驗(yàn)

在床層空速20 000 h-1、反應(yīng)器入口溫度分別為250 ℃和300 ℃的條件下，采用Pt/Pd催化劑，對含苯、乙苯、苯乙烯和苯乙酮4種組分的混合模擬廢氣進(jìn)行了催化燃燒考察實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 混合模擬廢氣催化燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 The experimental results of catalytic combustion

結(jié)果表明，Pt/Pd催化劑對混合模擬廢氣的去除率大于99%，表現(xiàn)出極高的氧化活性。

3 結(jié) 論

（1）根據(jù)Pt/Pd催化劑對各種烴類有機(jī)物催化燃燒實(shí)驗(yàn)研究得知，Pt/Pd貴金屬催化劑具有活性高、起燃溫度低、耐高溫、不易中毒、使用壽命長、適用對象寬等特點(diǎn)，但對可燃組分的氧化難易程度各異，如對低分子量飽和烷烴的氧化能力明顯降低。

（2）通過對單組分和多組分關(guān)鍵污染物模擬廢氣的催化燃燒處理實(shí)驗(yàn)表明，Pt/Pd催化劑對含苯系物有機(jī)廢氣中關(guān)鍵污染組分均具有較強(qiáng)的氧化性能和極佳的去除效果。

（3）采用Pt/Pd催化燃燒催化劑處理含苯系物有機(jī)廢氣的適宜工藝條件為：催化燃燒入口反應(yīng)溫度250 ℃，床層空速20 000 h-1，經(jīng)過處理，含苯系物廢氣的去除率達(dá)97%以上，處理后的氣體可以達(dá)標(biāo)排放。

[1] 劉忠生，陳玉香，林大泉，等.催化燃燒處理有機(jī)廢氣及催化劑中毒的防止[J].化工環(huán)保，2000，20(3):27-33．

[2] 盧 軍.揮發(fā)性有機(jī)廢氣的催化治理[J].貴金屬,2002,23(2):2-55.

[3] 張中安,劉忠生,等.催化燃燒法處理聚對苯二甲酸乙醇酯生產(chǎn)廢氣[J].化工環(huán)保,2003,23(6):341-343.

[4] 蘇建華.工業(yè)有機(jī)廢氣催化燃燒技術(shù)發(fā)展概況[J].環(huán)境工程,1990,8(4):52-56．

[5] 齊湘毅. 催化燃燒法處理污水處理場有機(jī)廢氣[J]. 石油化工環(huán)境保護(hù) , 2006(01):32-56.

[6] 朱世勇.環(huán)境與工業(yè)氣體凈化[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001: 502.

Study on Treatment of Benzene Homologues-Containing Waste Gas by Catalytic Combustion With Pt/Pd Catalyst

WANG Xiao-nan，ZHAO Lei，HAO Xiao-xia，WANG Xin，LIU ZHong-sheng
（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals，Liaoning Fushun 113001，China）

Benzene homologues-containing waste gas was treated by catalytic combustion with Pt/Pd catalyst. The catalytic combustion experiment results show that benzene homologues-containing waste can effectively be oxidized by Pt/Pd catalyst. When inlet temperature of the reactor is 250 ℃ and the space velocity is 20 000 h-1, the removal effect of pollutants can be above 97%, treated gas can meet national emission standards.

Catalytic combustion； Benzene emissions； Pt/Pd catalysts； Waste gas treatment

TQ 426

A

1671-0460（2011）11-1101-03

2011-10-17

王筱喃（1985-），女，遼寧撫順人，2009畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：從事石油化工廢氣治理技術(shù)研究。E-mail：wangxiaonan.fshy@sinopec.com，電話：024-56389529。