Pt/Pd催化燃烧催化剂处理含苯系物废气技术研究

王筱喃，赵 磊，郝晓霞，王 新，刘忠生

（抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

科研与开发

Pt/Pd催化燃烧催化剂处理含苯系物废气技术研究

王筱喃，赵 磊，郝晓霞，王 新，刘忠生

（抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

采用Pt/Pd催化燃烧催化剂对含苯系物的有机废气进行了处理。通过对单组分和多组分关键污染物模拟废气的催化燃烧考察实验表明， Pt/Pd催化剂对含苯系物有机废气中各关键污染组分具有较强的脱除效果。在反应器入口温度250 ℃，空速20 000 h-1的条件下，污染物去除率达到97%以上。净化后气体符合国家排放标准。

催化燃烧; 含苯系物废气； Pt/Pd催化剂； 废气治理

含苯系物废气是指含苯、甲苯和二甲苯等组分的挥发性有机废气[1]。随着我国经济的快速发展，尤其是在轻工业比较集中的沿海城市，含苯系物有机废气的排放量日益增多[2]。含苯系物有机废气毒性大, 若废气直接排入大气将对环境造成严重污染，同时危害人体健康[3]。因此，研究含苯系物有机废气处理技术是十分必要的。

传统的有机废气净化方法有吸附法、吸收法、冷凝法和直接燃烧法等，但这些方法存在易产生二次污染、能耗大、易受有机废气的浓度和温度限制等缺点[4]。催化燃烧是在催化剂存在的条件下使废气中有害可燃组分完全氧化为CO2和H2O，具有起燃温度低、能耗低等显著特点[5,6]。结合含苯系物有机废气的特性，中国石化抚顺石油化工研究院（FRIPP）开发了含苯系物废气的处理技术及配套的Pt/Pd催化燃烧催化剂，有机废气经处理后，苯系物去除率高，处理后气体可以达标排放。

1 实验部分

1.1 材料及仪器

氮气，99.99%； Pt/Pd催化剂，抚顺石油化工研究院自主开发；JUM总烃测定仪；催化燃烧小试装置。

1.2 实验方法

（1）模拟废气中有机物去除率计算公式

以浓度5 000 mg/m3的甲烷气体为标准气，采用JUM型总烃测定仪检测分析待处理废气及净化气体中总烃含量。根据废气与净化气中烃的差量，按公式（1）计算废气中有机物催化燃烧去除率。

式中：α—有机废气催化燃烧处理去除率，%；

w1—待处理废气总烃浓度，mg/m3；

w2—净化气体总烃浓度，mg/m3。

（2）催化燃烧小试装置

催化燃烧小试装置的设计处理规模为5 m3/h，其工艺流程见图1。

配置好的模拟废气经过预处理器后，进入预热器中，将废气加热到反应需要的温度。然后废气进入催化燃烧反应器中，在一定温度及催化剂的作用下，废气中有机组分与氧气发生氧化反应，生成CO2和H2O，同时放出大量热量。待反应器出口温度稳定后，对反应器进、出口气体进行采样，分析其总烃浓度，计算总烃去除率。

图1 废气催化燃烧小试装置工艺流程Fig.1 The process of catalytic combustion

（3）Pt/Pd催化剂

实验中采用FRIPP自主开发的Pt/Pd催化燃烧催化剂，该催化剂具有高空速、低压降、高活性等特点。

（4）催化剂氧化性能研究

采用Pt/Pd催化剂对不同烃类有机物进行催化燃烧处理实验，研究催化剂对各种烃类有机物的氧化能力。

（5）模拟废气的配制

在实验室内，根据有机废气中主要有机物组分，选取关键污染组分苯、苯乙烯、乙醛、乙苯、苯乙酮等，以空气为底气配置不同浓度的模拟废气。模拟废气的组成及浓度见表1。

表1 实验模拟废气组成Table 1 Composition of simulated exhaust gas

在催化剂氧化性能实验研究的基础上，对单组分和多组分关键污染物模拟废气进行了催化燃烧实验。

a. 单组分催化燃烧实验 采用废气催化燃烧小试装置，应用Pt/Pd催化剂，以苯、乙苯、乙醛、苯乙烯和苯乙酮等单组份为处理对象，进行催化燃烧考察实验。

b. 多组分催化燃烧实验 以苯、乙苯、苯乙烯和苯乙酮四种苯系物的混合物为模拟废气，考察Pt/Pd催化剂对污染物组分的脱除效果。

2 实验结果与讨论

2.1 Pt/Pd催化剂氧化性能研究

实验中控制催化燃烧反应器床层空速20 000 h-1、实验温度250 ℃，针对不同烃类有机物进行了大量催化燃烧实验研究，研究表明Pt/Pd贵金属催化剂具有活性高、起燃温度低、耐高温、不易中毒、使用寿命长、适用对象宽等特点。对可燃组分的氧化难易程度是：碳数越多越易被氧化；在同碳数量情况下，对烃的氧化难易程度是炔类＞烯类＞脂肪类（烷基）＞脂肪环（环烷烃）＞脂肪族＞芳烃类，所以在有机废气处理中，甲烷是最难氧化的。

2.2 单组分有机物催化燃烧实验

在床层空速20 000 h-1，反应器入口温度250 ℃左右的条件下，分别以苯、乙苯、乙醛、苯乙烯和苯乙酮等为处理对象，考察了Pt/Pd催化剂对各污染物组分的去除率，实验结果见表2。由表2可知，Pt/Pd催化剂对苯、乙苯、乙醛、苯乙烯和苯乙酮的去除率均大于97%，催化剂的氧化性能较好。

表2 单组分有机物催化燃烧实验结果Table2 The experimental results of catalytic combustion

2.3 混合模拟废气的催化燃烧实验

在床层空速20 000 h-1、反应器入口温度分别为250 ℃和300 ℃的条件下，采用Pt/Pd催化剂，对含苯、乙苯、苯乙烯和苯乙酮4种组分的混合模拟废气进行了催化燃烧考察实验，结果见表3。

表3 混合模拟废气催化燃烧实验结果Table 3 The experimental results of catalytic combustion

结果表明，Pt/Pd催化剂对混合模拟废气的去除率大于99%，表现出极高的氧化活性。

3 结 论

（1）根据Pt/Pd催化剂对各种烃类有机物催化燃烧实验研究得知，Pt/Pd贵金属催化剂具有活性高、起燃温度低、耐高温、不易中毒、使用寿命长、适用对象宽等特点，但对可燃组分的氧化难易程度各异，如对低分子量饱和烷烃的氧化能力明显降低。

（2）通过对单组分和多组分关键污染物模拟废气的催化燃烧处理实验表明，Pt/Pd催化剂对含苯系物有机废气中关键污染组分均具有较强的氧化性能和极佳的去除效果。

（3）采用Pt/Pd催化燃烧催化剂处理含苯系物有机废气的适宜工艺条件为：催化燃烧入口反应温度250 ℃，床层空速20 000 h-1，经过处理，含苯系物废气的去除率达97%以上，处理后的气体可以达标排放。

[1] 刘忠生，陈玉香，林大泉，等.催化燃烧处理有机废气及催化剂中毒的防止[J].化工环保，2000，20(3):27-33．

[2] 卢 军.挥发性有机废气的催化治理[J].贵金属,2002,23(2):2-55.

[3] 张中安,刘忠生,等.催化燃烧法处理聚对苯二甲酸乙醇酯生产废气[J].化工环保,2003,23(6):341-343.

[4] 苏建华.工业有机废气催化燃烧技术发展概况[J].环境工程,1990,8(4):52-56．

[5] 齐湘毅. 催化燃烧法处理污水处理场有机废气[J]. 石油化工环境保护 , 2006(01):32-56.

[6] 朱世勇.环境与工业气体净化[M].北京:化学工业出版社,2001: 502.

Study on Treatment of Benzene Homologues-Containing Waste Gas by Catalytic Combustion With Pt/Pd Catalyst

WANG Xiao-nan，ZHAO Lei，HAO Xiao-xia，WANG Xin，LIU ZHong-sheng
（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals，Liaoning Fushun 113001，China）

Benzene homologues-containing waste gas was treated by catalytic combustion with Pt/Pd catalyst. The catalytic combustion experiment results show that benzene homologues-containing waste can effectively be oxidized by Pt/Pd catalyst. When inlet temperature of the reactor is 250 ℃ and the space velocity is 20 000 h-1, the removal effect of pollutants can be above 97%, treated gas can meet national emission standards.

Catalytic combustion； Benzene emissions； Pt/Pd catalysts； Waste gas treatment

TQ 426

A

1671-0460（2011）11-1101-03

2011-10-17

王筱喃（1985-），女，辽宁抚顺人，2009毕业于沈阳工业大学化学工程与工艺专业，研究方向：从事石油化工废气治理技术研究。E-mail：wangxiaonan.fshy@sinopec.com，电话：024-56389529。