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VOCs燃烧后产生的一氧化碳处理

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2018-10-26 11:37:00【

VOCs燃烧处理技术,通常指热力燃烧(TO)和催化燃烧(CO),也包含RTO,RCO,及其浓缩-燃烧技术。VOCs燃烧技术是当前普遍认可的高效、彻底的处理技术,因此最近几年得到了广泛的应用。昨天在微信群里看到一位环保设备老总问,为什么在二甲基甲酰胺(DMF)催化燃烧处理后检测到了一氧化碳(化学分子式为CO),而且浓度还不低”。按照这位老总的理解是,催化燃烧不可能产生一氧化碳。

 
1.    燃料不充分燃烧产生一氧化碳
冬天经常发生燃气热水器使用过程的一氧化碳中毒,是由于燃气在燃烧过程不充分产生了一氧化碳;汽车尾气中的大量一氧化碳也是汽油(柴油)在发动机内燃烧不充分产生的。包括家里的煤气灶,在使用过程也会产生一氧化碳。也就是说一氧化碳是不完全燃烧的产物之一,如果能组织良好的燃烧过程,也就是具备充足的氧气、充分的混合,足够高的温度和较长的滞留时间,中间产物一氧化碳最终会燃烧完毕。
可见,只要是燃烧,不管是热力燃烧(TO)和催化燃烧(CO)都有生产一氧化碳的可能。
 
2.    催化燃烧产生一氧化碳的分析
前面讲过,只要是燃烧,就存在产生一氧化碳的可能。其本质是一氧化碳是燃烧的中间产物。燃烧过程产生的一氧化碳(CO),如果来不及进一步氧化(燃烧)生成二氧化碳,就会残留在烟气中。VOCs在催化剂表面反应是一个极其复杂的过程,目前对反应机理(反应过程)的认识还很肤浅。通常认为VOCs分子首先在催化剂表面吸附,然后VOCs分子中的某些化学键得到活化或者断裂,进一步和活化的氧分子或气相氧反应,经过复杂过程生成最终产物二氧化碳。
 
VOCs在催化燃烧过程会生成各种中间产物,如有机酸、一氧化碳。但是这些中间产物如果不能进一步有效的氧化,就会在排放口检测到有机酸、一氧化碳,这涉及到串联反应的相对反应速度问题。以乙醇氧化,生成中间产物一氧化碳为例,反应过程如下:
 
上述两个反应,如果反应速度K2大大的大于k1时,一旦生成一氧化碳(CO)就立即转化为二氧化碳(CO2),这种情况下,在最终产物中不会出现CO。但是,如果反应速度K2小于k1时,反应生成一氧化碳(CO)在有限的反应时间内无法转化为二氧化碳(CO2),这种情况下,在最终产物中就会出现CO。
大多数情况下一氧化碳在催化剂表面的氧化反应速度很快,所以催化燃烧处理VOCs不会生成一氧化碳。但是,当反应物(VOC)特殊,催化剂性能不足,氧气不够充分,设备设计不合理时,就会产生一氧化碳
 
3.    DMF催化燃烧产生CO的可能性分析
由于没有详细做过相关的研究,一下分析是根据我对催化反应的认识展开的。如下是DMF分子结构。
 
DMF分子中包含有C-N键、C-H键和C=O键。下表是VOCs中常见化学键的键能(详见:光解技术的思考和逃逸臭氧的利用及消除,铂锐催化  2017-10-28),从下表可以看出DMF分子中的C-N键最弱,使得C-N键最容易断裂,生成?CH3和?HCO。?CH3和?HCO很容易转化为一氧化碳(CO),当催化剂的CO氧化活性不足时,就会产生CO。于有些催化剂对CO的氧化能力往往是不够的,也是在实际工况中生成大量CO的原因之一。可见,由于DMF的特殊性,需要选择性能更优的、针对DMF的催化剂。
 
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