Oxidació catalítica
Què és?
Els oxidants catalítics funcionen de manera molt similar als oxidants tèrmics, essent la principal diferència que el gas, després de passar per la zona de la flama, travessa un llit catalitzador. El catalitzador té l’efecte d’augmentar la velocitat de reacció d’oxidació, permetent la conversió a temperatures de reacció més baixes que en unitats d’oxidació tèrmica. Els catalitzadors, per tant, també permeten utilitzar oxidants més petits. El principi s’il·lustra a la figura 1.
El gas de rebuig s'escalfa mitjançant cremadors auxiliars a aproximadament 300-500 ° C abans d'entrar al llit del catalitzador. La temperatura màxima de gas residual de disseny del catalitzador sol ser de 500 a 700 ° C. Hi ha catalitzadors de baixa temperatura que funcionen a temperatures de 200 a 250 ° C.
El mètode de contacte del flux de gas amb el catalitzador serveix per distingir els sistemes d’oxidació catalítica. S’utilitzen tant sistemes de llit fix com de llit fluiditzat.
Els catalitzadors per a l’oxidació de COV solen ser metalls preciosos, com el platí, el pal·ladi i el rodi, recolzats en ceràmica o metall, o bé metalls base recolzats en pellets ceràmics, òxids metàl·lics simples o mixtos, sovint recolzats per un transportador mecànicament fort, com ara òxids de coure, crom, manganès, níquel, cobalt, etc. Els catalitzadors a base de platí són actius per a l'oxidació dels COV que contenen sofre, mentre que es desactiven ràpidament per la presència de clor.
El gas de rebuig s'escalfa mitjançant cremadors auxiliars a aproximadament 300-500 ° C abans d'entrar al llit del catalitzador. La temperatura màxima de gas residual de disseny del catalitzador sol ser de 500 a 700 ° C. Hi ha catalitzadors de baixa temperatura que funcionen a temperatures de 200 a 250 ° C.
El mètode de contacte del flux de gas amb el catalitzador serveix per distingir els sistemes d’oxidació catalítica. S’utilitzen tant sistemes de llit fix com de llit fluiditzat.
Els catalitzadors per a l’oxidació de COV solen ser metalls preciosos, com el platí, el pal·ladi i el rodi, recolzats en ceràmica o metall, o bé metalls base recolzats en pellets ceràmics, òxids metàl·lics simples o mixtos, sovint recolzats per un transportador mecànicament fort, com ara òxids de coure, crom, manganès, níquel, cobalt, etc. Els catalitzadors a base de platí són actius per a l'oxidació dels COV que contenen sofre, mentre que es desactiven ràpidament per la presència de clor.
Figura 1. Principi d’oxidació catalítica
Figura 2. Principi d’oxidació catalítica amb recuperació de calor
La presència de verins catalitzants o agents emmascaradors (encegadors) al flux de gasos residuals, com ara partícules o productes químics reactius, pot tenir un impacte significatiu en la vida laboral del catalitzador. La intoxicació per encebiment pot ser reversible, per exemple, el recobriment de la superfície del catalitzador per greixos o olis redueix la seva eficiència, però el recobriment es pot cremar augmentant la temperatura. No obstant això, si hi ha determinats productes químics, la intoxicació del catalitzador es torna irreversible.
Igual que amb l’oxidació tèrmica, s’utilitzen oxidants catalítics rectes, oxidants catalítics regeneratius i oxidants catalítics recuperatius.
Les condicions normals de funcionament dels oxidants catalítics inclouen:
Igual que amb l’oxidació tèrmica, s’utilitzen oxidants catalítics rectes, oxidants catalítics regeneratius i oxidants catalítics recuperatius.
Les condicions normals de funcionament dels oxidants catalítics inclouen:
- el gas natural com a combustible preferit (quan es necessita combustible addicional);
- un cremador distribuït com a cremador adequat;
- cambres construïdes en acer inoxidable o acer al carboni;
- una secció de cremador amb una longitud suficient per proporcionar un flux uniforme i una distribució de la temperatura a la superfície del catalitzador;
- perfil de flux pla a través de la superfície del catalitzador;
- gasos residuals que es mouen pel llit del catalitzador en un "flux de tap" amb un mínim de mescla posterior;
- un temps de residència típic de 0.3-0.5 segons.
Disseny, manteniment i eficiència
L'oxidació catalítica s'ha de dissenyar de manera que faciliti l'eliminació del catalitzador per a la neteja o la substitució. Els oxidants catalítics s’han d’inspeccionar regularment i, si cal, netejar-los per mantenir un bon rendiment i eficiència. Quan es produeixen deposicions excessives, s’han de prendre accions preventives netejant (parcialment) el gas entrant abans que entri a l’oxidant.
La temperatura del llit del catalitzador, la caiguda de pressió sobre el llit del catalitzador, la temperatura de combustió i el contingut de monòxid de carboni i oxigen del flux de gas efluent s’han de controlar per mantenir les condicions òptimes de combustió.
L'oxidació catalítica és la més adequada per a sistemes amb volums de gasos residuals més baixos, quan hi ha poques variacions en el tipus i la concentració de COV, i on no hi ha verins catalitzadors ni altres contaminants contaminants.
La temperatura del llit del catalitzador, la caiguda de pressió sobre el llit del catalitzador, la temperatura de combustió i el contingut de monòxid de carboni i oxigen del flux de gas efluent s’han de controlar per mantenir les condicions òptimes de combustió.
L'oxidació catalítica és la més adequada per a sistemes amb volums de gasos residuals més baixos, quan hi ha poques variacions en el tipus i la concentració de COV, i on no hi ha verins catalitzadors ni altres contaminants contaminants.
Aplicabilitat
L’oxidació catalítica s’utilitza principalment per eliminar el COV de l’evaporació de dissolvents. Els exemples d'implementació són:
Taula 1 mostra límits d’aplicació i restriccions associades a l’oxidació catalítica (adaptat d’EIPPCB, 2016, taula 3.209).
Taula 1. Límits d’aplicació i restriccions associades a l’oxidació catalítica.
- Estacions de combustible de càrrega massiva;
- Producció de productes químics orgànics;
- Producció de cautxú i polímers;
- Producció de resina;
- Aplicació i assecat de recobriments carregats de dissolvents.
Taula 1 mostra límits d’aplicació i restriccions associades a l’oxidació catalítica (adaptat d’EIPPCB, 2016, taula 3.209).
Taula 1. Límits d’aplicació i restriccions associades a l’oxidació catalítica.
| Qüestió | Límits / restriccions |
|---|---|
| Cabal de gas (Nm3/ h) | 1200-90000 (oxidant recte i regeneratiu) 90-90000 (oxidant tèrmic recuperador) |
| Temperatura (° C) | 300-500 abans del catalitzador 500-700 després del catalitzador |
| Pressió (MPa) | atmosfèric |
| Caiguda de pressió (mbar) | 10 - 50 |
| Contingut de partícules (Nm3/ h) | <3 |
| Temps (s) de residència | 0.3 - 0.5 (depèn del volum del llit de catalitzador) |
