汽车尾气催化净化剂其应用原理是在汽车排气管尾部安装催化转化器,CO、HC和NOx借助燃烧催化剂的作用,发生氧化还原反应而转化为的CO2、H2O和N2。所用催化剂为通常所说的三效催化剂,既有把NOx还原的功能,同时又有把CO和烃类氧化的功能。在大量过剩氧气的存在下,具备原位NOx还原能力催化剂的发展,是对于下一代燃油经济型发动机的大挑战。如果这一点能够顺利实现,商业化的发动机可以节约燃油25%以上。汽车制造商开发的部分杂合贫燃发动机,是将在贫油状态下产生的NOx储存在内置于TWC中的一种碱土金属氧化物(如BaO)中,周期地快速强化空气—燃油比,将储存的NOx在TWC上还原。其基本要求为使用含硫量低的燃油,以防止SOx吸附于催化剂上而导致催化剂的活性中心中毒。随着新材料的应用,以及低硫含量(<50μg/g)汽油的推广生产,这种技术在21世纪具有强大的市场前景。
普遍使用的吸附剂是活性炭、分子筛、硅胶和活性氧化铝。这些吸附剂经过处理后表面积,可有效吸附碳氢化合物等污染物。其缺点是对水有选择性吸附作用。所有的吸附剂在一定的高温下会发生变化。在这些温度下,其吸附能力很弱。污染物可以被解脱出来,从而使吸附剂的活性得到再生,这个过程成为脱附。为了进行连续操作,一般提供两个或多个吸附床。一个或几个吸附床在吸附时,另一个或几个吸附床则进行再生。
在吸附过程中,被收集的污染物滞留在吸附床中,只要吸附床有足够的容量,污染物就不会释放出来。但是当吸附床中的污染物浓度达到饱和时,污染物便开始释放出来,这种现象称为穿透。达到饱和的吸附床需要进行再生,一般采用加热的气体对吸附床进行脱附,一方面使吸附床重新具有活性,一方面是污染物被解脱出来进行回收或分解处理。
蜂窝转轮吸附+催化燃烧处理技术是20世纪70年代由日本发明的一种有机废气处理系统,吸附装置是用分子筛、活性碳纤维或含碳材料制备的瓦楞型纸板组装起来的蜂窝转轮,吸附与脱附气流的流向相反,两个过程同时进行。这种系统在20世纪80年代初被我国引进和仿制,但由于吸附元件(蜂窝转轮)以及系统关键部位连接技术都不过关,吸附与脱附的窜风问题未得到根本解决,设备性能不稳定,因此国内应用较少,一直未能得到推广。
20世纪80年代末研制设计了固定床吸附+催化燃烧处理系统。该系统是将吸附材料装填在固定床中,再将吸附床与催化燃烧装置组合成净化处理系统。该工艺系统的原理与上述蜂窝转轮吸附+催化燃烧技术基本相同,但由于单件吸附床的吸附与脱附再生过程分开进行,在操作上克服了蜂窝转轮净化系统吸、脱附易串气的缺点。经不断改进,系统配置更加合理,净化,运行节能效果显著,在技术上达到水平。该工艺系统非常适合处理大气体量、低浓度的VOCs废气,其单套系统的废气处理量可以从几千m3/h到十几万m3/h。该技术是我国真正自主创新的VOCs废气治理工艺,自1989年在国内推广,到目前已有数百套该类系统与装置在使用。已经成为国内工业VOCs废气治理的主流产品之一,并预计在未来仍将有很大的应用前景。
针对现行各种方法在处理低浓度、大风量的VOCs污染物时存在的设备投资大、运行成本高、去除效率低等问题,国内企业研发了一种用于处理低VOCs浓度、大风量工业废气的率、安全的处理工艺。该方法的基本构思是:采用吸附分离法对低浓度、大风量工业废气中的VOCs进行分离浓缩,对浓缩后的高浓度、小风量的污染空气采用燃烧法进行分解净化,通称吸附分离浓缩+燃烧分解净化法。具有蜂窝状结构的吸附转轮被安装在分隔成吸附、再生、冷却三个区的壳体中,在调速马达的驱动下以每小时3~8转的速度缓慢回转。吸附、再生、冷却三个区分别与处理空气、冷却空气、再生空气风道相连接。而且,为了防止各个区之间窜风及吸附转轮的圆周与壳体之间的空气泄漏,各个区的分隔板与吸附转轮之间、吸附转轮的圆周与壳体之间均装有耐高温、耐溶剂的氟橡胶密封材料。含有VOCs的污染空气由鼓风机送到吸附转轮的吸附区,污染空气在通过转轮蜂窝状通道时,所含VOCs成分被吸附剂所吸附,空气得到净化。随着吸附转轮的回转,接近吸附饱和状态的吸附转轮进入到再生区,在与高温再生空气接触的过程中,VOCs被脱附下来进入到再生空气中,吸附转轮得到再生。再生后的吸附转轮经过冷却区冷却降温后,返回到吸附区,完成吸附/脱附/冷却的循环过程。由于该过程再生空气的风量一般仅为处理风量的1/10,再生过程出口空气中VOCs浓度被浓缩为处理空气中浓度的10倍,因此,该过程又被称为VOCs浓缩除去过程。
1、吸附区旁路内循环的建立。当废气经过吸附区吸附后不达标,进入旁路内循环,再次进行吸附处理。此旁路内循环的基本思路为消灭现有污染再吸纳新的污染。
2、冷却风旁路建立。在工况十分复杂的情况下,VOCs浓度有可能陡然升高,此时将部分冷却风引入到吸附区以降低脱附风量,同时在传热2后补充新风,以维系进入催化反应器的风量在预设范围以内。此旁路的基本思想是以新风对高浓度VOCs进行稀释,因而从效果上看,此法也会延长治理时间。
3、与传统工艺相比,该整个系统采用引风机设计,便于对旁路的调控。去掉给催化燃烧装置用的降温鼓风机,此机治标不治本,改为在转轮部分控制VOCs浓度。
4、催化燃烧室去掉电辅热系统,改由传热2对空气加热到VOCs起燃温度,并利用反应放热使催化燃烧室温度稳定在500℃~600℃范围内。
5、转轮转速易调,则在2的情况下可以适当提高转轮转速,减少单位面积转轮单位时间内吸附VOCs的量,从而保障系统的安全。