有机气体催化燃烧

　　catalytic combustion of organic gases  在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化成水和二氧化碳，达到处理的目的。催化燃烧法处理工业有机气体是20世纪40年代末出现的技术。从1949年美国研制出世界上第一套催化燃烧装置到现在，这项技术已广泛地应用于涂料、橡胶加工、塑料加工、树脂加工、皮革加工、食品业和铸造业等部门，也用于汽车废气净化等方面。

　　催化燃烧过程是在催化燃烧装置(见图14—3)中进行的。有机废气先通过热交换器预热到200～400℃，再进入燃烧室，通过催化剂床时，碳氢化合物的分子和混合气体中的氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化。由于表面吸附降低了反应的活化能，碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化，产生二氧化碳和水。

图14—3  催化燃烧装置示意图

　　催化燃烧反应的关键是选择合适的催化剂。对催化剂的要求是活性高，特别是低温活性好，以便在尽可能低的温度下开始反应。燃烧反应是放热反应，释放出大量的热可使催化剂的表面达到500～1000℃的高温，而催化剂容易因熔融而降低活性，所以要求催化剂能耐高温。

　　作催化燃烧用的催化剂可分为两大类：(1)贵金属类，铂、钯等。贵金属催化剂有很高的氧化活性和易回收等优点，虽然存在着资源稀少、价格昂贵和耐中毒性差等缺点，但仍然是世界各国采用的主要催化剂。(2)非贵金属类，主要是过渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物。单组分的氧化物，如氧化铜(CuO)和氧化镍(NiO)等。单组分氧化物耐热性差、活性低，致使应用受到限制。改用两种以上的金属氧化物的混合物[如二氧化锰—氧化铜(3；2)的复合物，三氧化二铁－三氧化二铬复合物，氧化铜—三氧化二铬复合物、钴、锰的尘晶石型复合物，铜、锰、镍、锌的铬酸盐等]虽可改善某些催化性能，但氧化活性仍不及贵金属。此外，还有金属硫化物(如钍、镍、钼、钴的硫化物)类催化剂，它们一般只适用于含硫的碳氢化合物的催化燃烧，使用温度限于300～400℃，高温时易分解。

　　催化剂的活性物质一般都涂在载体上，所以它的形状也依载体而异。载体有制成的球体、圆柱体和各种异形体，有用表面覆盖活性氧化铝薄膜的多孔陶瓷蜂窝体，也有用耐热合金丝制成的膨体球和金属波纹板等。载体可减少催化剂的用量，起支撑作用；它应具有比表面积大、耐高温、机械强度大和流体阻力小等特性。

　　不同的碳氢化合物通过催化剂时反应的难易程度也不相同，难度大小一般按下列顺序排列：侧链>直链；炔烃>烯烃>烷烃；Cn>…>C₃>C₂>C₁；脂肪族>脂环族>芳香族。

　　相同的碳氢化合物通过不同的催化剂时反应的难易程度也有差别，难度大小一般按下顺序排列：

　　甲烷：Pd>Pt>Co₃O_3/4>PdO>Cr₂O₃>Mn₂O₃>CuO>CeO₂>Fe₂O₃>V₂O₅>NiO>MoO₃>TiO₂

　　乙烯：Pd>pt>Co₃O₄>Cr₂O₃>Ag₂O>Mn₂O₃>CuO>NiO>V₂O₅>CdO>Fe₂O₃>MoO₃>WO>TiO>ZnO

　　丙烷：Pt>Pd>Ag₂O>Co₃O₄>CuO>MnO₂>Cr₂O₃>CdO>V₂O₅>Fe₂O₃>NiO>CeO₂>Al₂O₃>ThO₂

　　异戊二烯：Pd>Pt>MnO₂>Co₃O₄>Cr₂O₃>CeO₂>NiO>Fe₂O₃

　　处理不同的工业有机废气应当根据上述排列顺序选择适当的催化剂。

　　　　　　　　　　——摘自《安全工程大辞典》（化学工业出版社，1995年11月出版）