張瑜 于遙 鄒儀 盧良 金海峰 林園 張文華

摘要：催化燃燒裝置是目前處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物比較有效的技術(shù)，催化燃燒裝置核心的部件是催化燃燒床。催化床負(fù)載的貴金屬或者過(guò)度金屬催化劑、復(fù)合型催化劑對(duì)不同污染因子的去除有不同的作用，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該重視對(duì)在不同工業(yè)生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣采取不同催化劑的優(yōu)選，以期獲得高的處理效率、較低的建設(shè)成本的結(jié)果。使用過(guò)程中要采取多種清洗復(fù)新技術(shù)，防止催化劑中毒或高溫失活。

關(guān)鍵詞：催化燃燒;催化劑;中毒;催化劑選擇

一、催化燃燒的催化劑：

在化學(xué)反應(yīng)里能改變（加快或減慢）其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都沒(méi)有發(fā)生變化的物質(zhì)叫做催化劑，又叫觸媒。在反應(yīng)中其物理性質(zhì)可能會(huì)發(fā)生改變，例如二氧化錳（MnO2）在催化氯酸鉀（KClO3）生成氯化鉀（KCl）和氧氣（O2）的反應(yīng)前后由塊狀變?yōu)榉勰?。催化劑的?gòu)成有的是單一化合物，有的是絡(luò)合化合物，有的是混合物。催化劑有使某一反應(yīng)加速，而較少影響其它反應(yīng)的性能，稱(chēng)為催化劑的選擇性，而催化燃燒的反應(yīng)形式需要在一定溫度下進(jìn)行。

催化劑種類(lèi)繁多，按狀態(tài)可分為液體催化劑和固體催化劑;按反應(yīng)體系的相態(tài)分為均相催化劑和多相催化劑，均相催化劑有酸、堿、可溶性過(guò)渡金屬化合物和過(guò)氧化物催化劑。按照作用大小還分為主催化劑和助催化劑。

目前對(duì)催化劑的作用原理應(yīng)該說(shuō)還沒(méi)有完全弄清楚。在大多數(shù)情況下，人們認(rèn)為催化劑本身和反應(yīng)物一起參加了化學(xué)反應(yīng)，降低了反應(yīng)所需要的活化能力。有些催化反應(yīng)是由于形成了很容易分解的"中間產(chǎn)物"，分解時(shí)催化劑恢復(fù)了原來(lái)的化學(xué)組成，原反應(yīng)物就變成了生成物。有些催化反應(yīng)是由本身的吸附作用，吸附作用僅能在催化劑表面最活潑的區(qū)域（叫做活性中心點(diǎn)）進(jìn)行。活性中心的區(qū)域越大或越多，催化劑的活性就越強(qiáng)。反應(yīng)物里有的物質(zhì)參與反應(yīng)時(shí)，可能使催化劑的活性減弱或失去，這種現(xiàn)象叫做催化劑的中毒，會(huì)降低催化能力。有的中毒是不可逆的，例如磷、砷，屬于可能出現(xiàn)在溫度影響下快速中毒，鉛、鋅等類(lèi)中毒慢些，主要是在催化面上形成合金類(lèi)，失去催化功能。有些中毒現(xiàn)象是可逆的，根據(jù)影響因子的含量濃度是緩慢的，失活程度也不同。例如鹵族與硫的中毒就是比較慢，形成物結(jié)構(gòu)比較松弛，可逆的，因子消失后可以復(fù)活。有些不飽和化合物會(huì)在催化床表面形成碳的集聚結(jié)碳，也被看做是一種中毒現(xiàn)象。催化劑中毒的失活往往表現(xiàn)為活性迅速下降?；钚越M分在使用過(guò)程中被磨損或升華造成丟失也導(dǎo)致永久性失活，這類(lèi)失活往往難以簡(jiǎn)單地恢復(fù)。

催化劑和反應(yīng)物同處于一相，沒(méi)有相界存在而進(jìn)行的反應(yīng)，稱(chēng)為均項(xiàng)催化作用，能起均相催化的催化劑為均相催化劑。均相催化劑包括液體酸、堿性催化劑和可溶性過(guò)度金屬化合物等。均相催化劑以分子或離子獨(dú)立起作用，活性中心均一，具有高活性。很多使用在化工工藝當(dāng)中，起到促進(jìn)合成或分離作用。

催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng)，它借助催化劑降低了反應(yīng)的活化能，使其在較低的起燃溫度200～ 300℃下進(jìn)行無(wú)焰燃燒，有機(jī)物質(zhì)氧化發(fā)生在固體催化劑表面，同時(shí)產(chǎn)生CO2和H2O，并放出大量的熱量，因其氧化反應(yīng)溫度低，不是明火燃燒，其安全性較為高。

與傳統(tǒng)的火焰燃燒相比，催化燃燒有著很大的優(yōu)勢(shì)：

（1）起燃溫度低，能耗少，燃燒易達(dá)穩(wěn)定，很多有機(jī)物濃度達(dá)到1500mg/㎡左右就能很好的起燃燃燒，起燃溫度到達(dá)后達(dá)到平衡穩(wěn)定后，無(wú)需外界加熱就能維持自然，完成氧化反應(yīng)。

（2）凈化效率高，可以達(dá)到90-98%的去除率，污染物的排放水平較低，基本可以達(dá)到現(xiàn)有的排放表準(zhǔn)。

（3）適應(yīng)氧濃度范圍大，噪音小，無(wú)二次污染，比如由于是低溫燃燒，基本不出現(xiàn)氮氧化合物，氮氧化合物的生成溫度一般在1000℃以上出現(xiàn)，而催化燃燒控制的溫度一般最高550℃，這個(gè)溫度下基本不出現(xiàn)氮氧化合物。催化燃燒由于 燃燒溫度溫和，運(yùn)行費(fèi)用較低低，操作管理也很方便。

目前國(guó)內(nèi)外主要研究的催化劑基本上有兩大類(lèi)：一類(lèi)為貴金屬催化劑，這類(lèi)催化劑的活性和穩(wěn)定性好，技術(shù)較為成熟，但貴金屬價(jià)格高，同時(shí)也存在中毒現(xiàn)象;另一類(lèi)為過(guò)度金屬氧化物催化劑、復(fù)氧化物催化劑（鈣鈦型復(fù)氧化物和尖晶石型復(fù)氧化物）。目前，尋找來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、性能相當(dāng)?shù)姆琴F金屬催化劑，以替代傳統(tǒng)的貴金屬催化劑用于催化燃燒過(guò)程已成為了研究的一個(gè)重要方向，也出現(xiàn)了很多非貴金屬的新型催化劑。

催化燃燒對(duì)催化劑的基本要求是：既能抑制燒結(jié)、保持活性物質(zhì)具有較大的比表面積及良好的熱穩(wěn)定性，又要具有一定的活性?？善鸬酱呋瘎┗钚越M分或助催化的作用，并且要有高的機(jī)械強(qiáng)度以及對(duì)燃質(zhì)中所含毒性有較高的耐腐蝕性。對(duì)于中毒發(fā)生后能有較經(jīng)濟(jì)、操作性強(qiáng)的原位復(fù)新功能也是催化劑選擇的要素條件。

催化劑的發(fā)展應(yīng)是高效化、低腐蝕化、納米化、環(huán)保化。高效可以用量更少，低腐蝕可減少對(duì)設(shè)備的損害，納米化可使金屬氧化物催化劑效率更高，環(huán)?；幸嬗诮】岛铜h(huán)境友好。

工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用

常見(jiàn)的，民眾較為廣知的汽車(chē)排氣凈化裝置。汽車(chē)尾氣催化凈化劑其應(yīng)用原理是在汽車(chē)排氣管尾部安裝催化轉(zhuǎn)化器，CO、HC和NOx借助燃燒催化劑的作用，發(fā)生氧化還原反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的CO2、H2O和N2。所用催化劑為通常所說(shuō)的三效催化劑，人們習(xí)慣說(shuō)的三元催化器。既有把氮氧化物（NOX）還原的功能，同時(shí)又有把CO和烴類(lèi)氧化的功能。但是要求必須使用含硫量低的燃油，以防止SOx吸附于催化劑上而導(dǎo)致催化劑的活性中心中毒。

石油化工中的結(jié)焦不僅會(huì)使?fàn)t管傳熱系數(shù)降低、造成局部過(guò)熱現(xiàn)象、縮短爐管壽命，而且會(huì)降低裝置處理量，嚴(yán)重制約裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此需要定期燒焦。計(jì)算機(jī)控制下蒸汽-空氣在線燒焦是目前國(guó)內(nèi)采用的較為先進(jìn)的技術(shù)，但其存在的較大問(wèn)題是燒焦時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。如果在石油化工裝置燒焦過(guò)程中，加入一種燒焦助燃劑，就可以通過(guò)降低燒焦反應(yīng)的活化能，大幅度提高燒焦反應(yīng)速度，就能夠在較低的溫度下，達(dá)到縮短燒焦時(shí)間的目的。

國(guó)外開(kāi)發(fā)了一種適用于烴油加熱爐爐管的催化燒焦方法?？捎脕?lái)取代傳統(tǒng)的使用蒸汽+空氣的爐管燒焦方法。新方法是在蒸汽中混入催化劑，使燒焦反應(yīng)熱大大減少，故其燒焦速度比傳統(tǒng)熱燒焦方法快3倍。由于燒焦時(shí)間大大縮短，也即減少了停工時(shí)間，因而提高了爐子開(kāi)工率。所用催化劑是一種不含重金屬的無(wú)毒化合物，以水溶液形式被注入通入爐管的蒸汽流中，爐溫可由燃燒器控制穩(wěn)定。因燒焦速度快，又不存在超溫過(guò)熱的危險(xiǎn)，所以使?fàn)t管的燒焦操作很容易控制，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也引入了這些技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)室的分析儀器載氣的凈化很早就使用，過(guò)去標(biāo)準(zhǔn)氣生產(chǎn)供應(yīng)困難，儀器空氣載氣一般使用壓縮機(jī)產(chǎn)氣，會(huì)有油氣出來(lái)，為了載氣的純凈，出氣段需要除烴，就使用帶催化燃燒的除烴裝置，溫度一般控制在260度左右，冷卻后進(jìn)入色譜。

催化燃燒制作的傳感器，用于儀器檢測(cè)有機(jī)氣體濃度，或者在化工自動(dòng)化作為信號(hào)調(diào)節(jié)。

催化燃燒法，簡(jiǎn)稱(chēng)RCO，是在催化劑的作用下，將VOCs在200～400℃的低溫條件下分解為CO2和H2O，是凈化碳?xì)浠衔锏扔袡C(jī)廢氣、消除惡臭的有效手段之一。在有機(jī)廢氣特別是回收價(jià)值不大的有機(jī)廢氣凈化方面，比如化工、噴漆、絕緣材料、漆包線、涂料生產(chǎn)等行業(yè)應(yīng)用較廣。與熱力燃燒法相比，催化燃燒所需的輔助燃料少，能量消耗低，設(shè)備設(shè)施的體積小。RCO具有RTO（蓄熱式熱力焚化爐）高效回收能量的特點(diǎn)和催化反應(yīng)的低溫工作的優(yōu)點(diǎn)，將催化劑置于蓄熱材料的頂部，來(lái)使凈化達(dá)到最優(yōu)，其熱回收率高達(dá)95%。該技術(shù)是將有機(jī)物分子在催化劑表面作用發(fā)生深度氧化轉(zhuǎn)化為無(wú)害的二氧化碳和水的方法，又稱(chēng)為催化完全氧化或催化深度氧化方法。開(kāi)始的時(shí)候主要使用貴金屬來(lái)負(fù)載，進(jìn)行催化，近些越來(lái)多的低成本的非貴金屬催化劑出現(xiàn)在工藝上采用，催化劑基本由CuO、MnO2、銅錳尖晶石、ZrO2、CeO2、等構(gòu)成，也能像貴金屬催化劑近似，可以大大降低催化燃燒的反應(yīng)溫度，提高催化活性。目前催化床的材料形式一般有陶瓷蜂窩，陶瓷折板模塊，金屬折板模塊、陶粒負(fù)載，或者利用機(jī)械混合后造粒燒結(jié)的方式等。常見(jiàn)的是陶瓷蜂窩，涂層由貴金屬負(fù)載或者一種或幾種堿土金屬氧化物共同形成的復(fù)合氧化物組成負(fù)載，，貴金屬活性組分以浸漬法擔(dān)載，因而具有良好的耐高溫性能和較高的去除率，其有效利用率很高。一般負(fù)載形式有沉淀法，浸漬法，溶膠-凝膠法。經(jīng)過(guò)上述處理后，模塊自然干燥或者低溫烘干，然后再規(guī)定的溫度下升溫?zé)Y(jié)，最后達(dá)到一定的負(fù)載厚度和機(jī)械強(qiáng)度，完成產(chǎn)品的制作。

基本工藝路

不同的排放場(chǎng)合和不同的廢氣，有不同的工藝流程。但不論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成：

預(yù)處理裝置：

國(guó)內(nèi)的前級(jí)凈化等級(jí)一般要求 為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒，廢氣在進(jìn)入床層之前必須進(jìn)行預(yù)處理，以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。100mg/m3，國(guó)外的一些裝置要求高，日本的這類(lèi)裝置進(jìn)口顆粒物要20mg/m3以下，德國(guó)的杜爾公司要求10mg/m3。

預(yù)熱裝置：

預(yù)熱裝置包括廢氣預(yù)熱裝置和催化劑燃燒器預(yù)熱裝置。因?yàn)榇呋瘎┒加幸粋€(gè)催化活性溫度，對(duì)催化燃燒來(lái)說(shuō)稱(chēng)催化劑起燃溫度，必須使廢氣和床層的溫度達(dá)到起燃溫度才能進(jìn)行催化燃燒，因此，必須設(shè)置預(yù)熱裝置。但對(duì)于排出的廢氣本身溫度就較高的場(chǎng)合，如漆包線、絕緣材料、烤漆等烘干排氣，溫度可達(dá)300℃以上，則不必設(shè)置預(yù)熱裝置。預(yù)熱裝置加熱的熱能傳遞可采用換熱器和床層內(nèi)布管的方式。預(yù)熱器的熱源可采用煙道氣或電加熱，目前采用電加熱較多。當(dāng)催化反應(yīng)開(kāi)始后，可盡量以回收的反應(yīng)熱來(lái)預(yù)熱廢氣。在反應(yīng)熱較大的場(chǎng)合，還應(yīng)設(shè)置廢熱回收裝置，以節(jié)約能源。

吸附濃縮裝置

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高濃度，壓縮廢氣量，會(huì)設(shè)置吸附濃縮段，即吸附有機(jī)物廢氣的活性炭床、沸石床。吸附床吸附到一定時(shí)間和濃度，就可用催化燃燒后的廢氣對(duì)吸附床進(jìn)行脫附再生，脫附后的氣體再送催化燃燒室進(jìn)行凈化，不需外加能量，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，節(jié)能效果顯著。如果采用微機(jī)集中控制系統(tǒng)，可以使設(shè)備運(yùn)行、操作過(guò)程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，運(yùn)行過(guò)程可以提高裝置的安全、穩(wěn)定、可靠性能。

一般流程為：吸附床脫附的或者污染源排放的有機(jī)尾氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入設(shè)備的旋轉(zhuǎn)閥，通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥將進(jìn)口氣體首先通過(guò)陶瓷材料填充層（底層）預(yù)熱完成熱交換，其溫度幾乎達(dá)到催化層（中層）進(jìn)行催化氧化所設(shè)定的溫度，這時(shí)其中部分污染物氧化分解;廢氣繼續(xù)通過(guò)加熱區(qū)（上層，可采用電加熱方式或天然氣加熱方式）升溫，并維持在設(shè)定溫度;其再進(jìn)入催化層完成催化氧化反應(yīng)，即反應(yīng)生成CO2和H2O，并釋放大量的熱量，以達(dá)到預(yù)期的處理效果。經(jīng)催化氧化后的氣體進(jìn)入其它的陶瓷填充層，回收熱能后通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥排放到大氣中，凈化后排氣溫度僅略高于廢氣處理前的溫度。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)切換。通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥工作，所有的陶瓷填充層均完成加熱、冷卻、凈化的循環(huán)步驟，熱量得以回收。

在進(jìn)行催化燃燒的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況，對(duì)于處理氣量較大的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)成分建式流程，即預(yù)熱器、反應(yīng)器獨(dú)立裝設(shè)，其間用管道連接。對(duì)于處理氣量小的場(chǎng)合，可采用催化焚燒爐把預(yù)熱與反應(yīng)組合在一起，但要注意預(yù)熱段與反應(yīng)段間的距離。在一體設(shè)計(jì)時(shí)也要注意預(yù)熱段和反應(yīng)段的保溫隔離，使得兩個(gè)功能區(qū)溫度控制清晰可控。在有機(jī)物廢氣的催化燃燒中，所要處理的有機(jī)物廢氣在高溫下與空氣混合易引起爆炸，安全問(wèn)題十分重要。因而，一方面必須控制有機(jī)物與空氣的混合比，使之在爆炸下限;另一方面，催化燃燒系統(tǒng)應(yīng)設(shè)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置和有防爆措施，濃度預(yù)警應(yīng)該有足夠的響應(yīng)時(shí)間。

催化燃燒室采用陶瓷蜂窩體的貴金屬催化劑或者是過(guò)度金屬類(lèi)催化劑，阻力小，活性高。行業(yè)內(nèi)大部分認(rèn)為，當(dāng)有機(jī)蒸汽濃度達(dá)到2000PPm左右時(shí)，可維持自燃。這個(gè)濃度也不是絕對(duì)的，和催化劑的選擇有關(guān)系。有些醇類(lèi)的，比如甲醇，不用如此高的濃度和起燃溫度就可以很好的燃燒起來(lái)。由于催化床的床層阻力小，催化裝置的耗電量也小，可以使用低壓風(fēng)機(jī)。有機(jī)物催化燃燒前，為給催化床提供起燃溫度，需啟動(dòng)電加熱，當(dāng)有機(jī)物在催化床開(kāi)始進(jìn)行催化燃燒時(shí)，其燃燒熱足以維持其反應(yīng)所需的溫度，此時(shí)電加熱可以實(shí)行自行停止，在保溫良好和加熱設(shè)計(jì)功率匹配的情況下，一般起動(dòng)電加熱時(shí)間大約1小時(shí)左右。

催化燃燒法幾乎適用于所有排放烴類(lèi)苯類(lèi)等等臭味化合物的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，如：涂裝、印刷、機(jī)電、家電、制鞋、塑料、化工行業(yè)工藝過(guò)程中的廢氣處理，催化燃燒適用不同濃度、不同風(fēng)量廢氣處理?，F(xiàn)有的催化劑可實(shí)現(xiàn)500-30000h-1/m3較大空速的處理量。

催化模塊的制作形式：

以堇青石蜂窩陶瓷、剛玉陶瓷蜂窩為載體，利用沉淀法、溶膠-凝膠法、浸漬法等方式是生產(chǎn)催化床材料常用的方法。采用原位沉淀和懸浮浸漬技術(shù)制備SiO2和La2O3為涂層的結(jié)構(gòu)型LaMnO3催化劑的的工藝對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，原位沉淀技術(shù)雖然可以均勻和高強(qiáng)度地在載體表面負(fù)載La、Mn活性組分，但無(wú)法在表面形成LaMnO3鈣鈦礦的活性相。懸浮浸漬技術(shù)則可以保持LaMnO3催化劑的結(jié)構(gòu)和活性。La2O3涂層比SiO2涂層可以更有效地保持LaMnO3在蜂窩陶瓷載體表面的高活性和熱穩(wěn)定性，所以選用負(fù)載技術(shù)或者載體復(fù)新時(shí)選擇的方式要考慮那種負(fù)載方式適合。

催化模塊的載體多見(jiàn)的是陶瓷制作的，也有金屬的，例如近似化工塔脫水的金屬折板脫水網(wǎng)類(lèi)型的，有纏繞在金屬支架上的不銹鋼絲狀網(wǎng)壓制組件，組合方式正方的，圓形的都有，可以根據(jù)催化燃燒室的設(shè)計(jì)來(lái)選擇使用。以堇青石、莫來(lái)石，剛玉蜂窩陶瓷為基材，采用原位沉淀和懸浮浸漬技術(shù)分別制備的貴金屬催化劑和過(guò)度金屬以及稀土摻雜為涂層的催化劑較為常見(jiàn)。材料比重蜂窩陶瓷在650-700Kg/m3，折板蜂窩550-600Kg/m3，金屬絲狀壓塊的輕一些，阻力小，氣體阻力在200Pa左右，陶瓷蜂窩空氣阻力在300-350Pa。

催化劑在有機(jī)廢氣治理工藝中的選擇：

在工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程中，有機(jī)廢氣成分根據(jù)不同行業(yè)和不同的生產(chǎn)工藝路線也不同，組分濃度的組成也有很大的差別。不同的廢氣源應(yīng)該選擇適合的催化劑。含有貴金屬類(lèi)催化劑一般處理能力較強(qiáng)，但價(jià)格較高。近些年可以替代貴金屬的過(guò)渡性金屬制作的催化劑越來(lái)越多，尤其是稀土復(fù)合型的催化劑的出現(xiàn)使得催化劑提升了一個(gè)較大的技術(shù)臺(tái)階。

非貴金屬過(guò)渡金屬活性不及貴金屬，但它們通過(guò)摻雜技術(shù)（改性）或加入其他金屬氧化物，形成多組分復(fù)合金屬氧化物催化劑，催化能力有很大改善。復(fù)合金屬氧化物催化劑往往比單一組分金屬氧化物催化劑表現(xiàn)出更高的活性和更好的穩(wěn)定性。以CuO和MnO，為活性組分，通過(guò)相互摻雜用于催化燃燒甲苯。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，銅錳復(fù)合氧化物催化劑，尤其是摻雜低濃度銅的氧化錳，其催化燃燒甲苯的性能要優(yōu)于單組份催化劑，分析原因應(yīng)該是銅物種與錳物種之間存在較強(qiáng)的相互協(xié)同作用，尤其是在催化活性較優(yōu)的銅錳配比催化劑中形成了結(jié)晶度較低的尖晶石結(jié)構(gòu)。很多復(fù)合金屬氧化物催化劑之間都能產(chǎn)生這種協(xié)同效應(yīng)，如Mn—Ce氧化物、Mn—Cu氧化物、Ce—cu氧化物等。這些復(fù)合金屬氧化物在相互作用的過(guò)程中會(huì)形成尖晶石（ABO）結(jié)構(gòu)或鈣鈦礦（ABO）結(jié)構(gòu)。

尖晶石催化劑具有很好的活性與穩(wěn)定性。MCr2O4（M：Co，Cu，Zn）尖晶石催化劑用于異丙醇的催化性能較好。尖晶石結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)催化劑催化燃燒丙酮的性能，發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)催化劑的T95在300℃，而在這個(gè)溫度點(diǎn)，尖晶石結(jié)構(gòu)催化劑活性只有70%，在理論研究上認(rèn)為這與鈣鈦礦的特定空間結(jié)構(gòu)是密不可分的。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，B位為過(guò)渡元素離子，是催化劑的活性位;A位離子一般是稀土元素或堿土金屬元素，用于保持鈣鈦礦骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性從而間接影響鈣鈦礦催化劑的性能，而且A位與B位都可以進(jìn)行離子摻雜，產(chǎn)生多種對(duì)催化反應(yīng)有利的畸變和晶格缺陷。這些催化劑基礎(chǔ)研究的探索逐漸形成了相應(yīng)的催化劑產(chǎn)品，對(duì)有機(jī)物的催化工藝提供了更寬的路。

過(guò)渡金屬催化劑的性能受水蒸汽的影響很大。用CuMnO催化氧化甲苯時(shí)，當(dāng)在反應(yīng)氣體中加入少量水蒸汽后，其活性明顯降低，因?yàn)闅怏w中的水分子會(huì)吸附于活性位點(diǎn)且不易脫附，造成能夠催化氧化甲苯的活性位點(diǎn)大量減少，從而降低催化劑的性能。所以氣體含濕量控制在10%一下是大部分實(shí)驗(yàn)證實(shí)的一個(gè)量化指標(biāo)。

由于催化劑上催化氧化VOCs的活性位點(diǎn)是一樣的，所以在催化過(guò)程中，不同的VOCs之間在會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附而導(dǎo)致各組分活性降低，貴金屬?gòu)?fù)合型的會(huì)有較高的催化活性。并且發(fā)現(xiàn)起燃點(diǎn)低的成分燃燒后床溫升高會(huì)大幅度提升廣譜性去除功能。所以對(duì)成分多的復(fù)雜氣體最好選用貴金屬?gòu)?fù)合型的催化材料。

最近的一些研究表明，鈰、鋯、摻雜的錳系列、銅系列過(guò)度金屬催化劑也有較好的廣譜性催化功能，與貴金屬?gòu)?fù)合催化劑近似。在濃度不是太高，成分不是過(guò)于復(fù)雜的，可以選擇使用。

以上是一些文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有差距，但根據(jù)環(huán)保產(chǎn)品檢驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)，也都表現(xiàn)出了較高的去除率和使用壽命。

另外一個(gè)可以嘗試使用車(chē)用復(fù)合型催化劑。目前國(guó)內(nèi)好多省內(nèi)生產(chǎn)柴油車(chē)用催化劑，形體大，床的行程長(zhǎng)，適合工業(yè)廢氣的設(shè)計(jì)和組裝。尤其近年在稀土復(fù)合改性使用上，出現(xiàn)不少新的產(chǎn)品，也經(jīng)歷了考驗(yàn)，汽車(chē)凈化的強(qiáng)制性遠(yuǎn)大于工業(yè)廢氣的監(jiān)督力度。有些比如使用鑭（La）、鈰（Ce）、鋯（Zr）的復(fù)合催化劑，對(duì)VOC的起燃溫度低，可以在320℃-400℃就有90%以上的氧化率。這類(lèi)產(chǎn)品還有一個(gè)特點(diǎn)，由于這類(lèi)催化劑針對(duì)的是柴油碳煙氣的凈化，在工業(yè)有機(jī)廢氣使用時(shí)會(huì)對(duì)催化床的抗積碳有明顯的效果。

對(duì)于有些制藥廠、農(nóng)藥廠含硫的有機(jī)物，如：乙硫醇、丁硫醇、二硫化碳、硫酸二甲酯等類(lèi)，可以使用RS-1型催化劑。是用V2O5和貴金屬負(fù)載的。在380℃-420℃之間對(duì)上述有機(jī)物去除率達(dá)到98%以上，抗硫中毒效果好，由于催化劑釋放硫能力強(qiáng)，所以末端的硫污染如何吸收應(yīng)該考慮。再一個(gè)就是催化劑失效后屬于危廢，需要專(zhuān)門(mén)備案處理。

貴金屬?gòu)?fù)合的材料對(duì)三苯類(lèi)、酮、醇類(lèi)在濃度的時(shí)候催化效果也很好，鈀、鉑、鈰復(fù)合的材料500mg/m3-1500mg濃度不穩(wěn)定的情況下，排放依然可以達(dá)到總VOC小于50mg/m3。對(duì)于復(fù)合型的催化劑廠家一般都會(huì)清楚的表明組分和功能。

催化燃燒運(yùn)行中注意事項(xiàng)：

催化燃燒的接觸反應(yīng)時(shí)間一般說(shuō)為0.2S，所以制作的時(shí)候應(yīng)該根據(jù)裝置的過(guò)風(fēng)風(fēng)速、阻力考慮好床的催化床氣體行程厚度。通過(guò)的風(fēng)速較適宜的風(fēng)速為2-5m/S。過(guò)快的風(fēng)速會(huì)造成催化有效段向床內(nèi)延伸，迎風(fēng)面效率低。

由于廢氣的復(fù)雜成分，運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，尤其含貴金屬Pa的，氣態(tài)水對(duì)其有較大影響，易生成氫氧化物失活，屬于快速中毒。這種事故可以采取氮?dú)舛啻未祾?，可以恢?fù)基本功效，工程實(shí)例中，恢復(fù)到80%能力是常見(jiàn)的。

積碳的中毒可以提高床溫度（550℃），蒸汽吹掃后，氮?dú)獯祾?，原位?fù)新的程度也很高。

催化燃燒運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)有溫度的波動(dòng)，有的時(shí)候溫度會(huì)很高，但溫度過(guò)高對(duì)催化劑的活性有較大的影響。對(duì)氣體中含有磷、砷、等因子時(shí)候，溫度過(guò)高會(huì)在催化劑表面形成合金相，造成不可逆的中毒失活。溫度應(yīng)該控制在不超過(guò)550℃為安全限值。措施采用小風(fēng)量的補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)，為均衡操作可以實(shí)行變頻反饋調(diào)節(jié)方式。

催化燃燒裝置用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有機(jī)廢氣治理中，盡管有不少的限制條件，但目前來(lái)說(shuō)還不失為一個(gè)經(jīng)濟(jì)，有效，控制簡(jiǎn)單的技術(shù)。隨著對(duì)催化劑基礎(chǔ)研究的發(fā)展，會(huì)有更多的高性能催化劑產(chǎn)品供環(huán)保治理工程應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[3]含氯揮發(fā)性有機(jī)化合物催化燃燒催化劑的研究進(jìn)展-闞家偉 李兵 ?李林 王小軍 陳英 等《化工進(jìn)展》2016年第35卷第二期

（作者單位：1.山東環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司;

2.南歷下控股集團(tuán)有限公司;

3.山東師范大學(xué)會(huì)計(jì)專(zhuān)業(yè);

4.北京富力歐美園林綠化工程有限公司;

5.南通大學(xué)啟東校區(qū)管委會(huì)后勤保障科;

6.創(chuàng)源精誠(chéng)（北京）規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司;

7.山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站）