[发明专利]一种脉动金属丝网催化燃烧装置及燃烧方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化燃烧技术领域，具体地，本发明涉及一种脉动金属丝网催化燃烧装置及燃烧方法。

背景技术

在橡胶、合成皮革、药品、漆包线、印刷品、鞋、涂料等生产工艺以及喷漆过程中产生易挥发性有机污染物(VOCs)，如烃类、卤代烃、芳香烃、多环芳烃、丙酮、吡啶、乙酸乙酯等，它们是环境中一类重要的有毒有机污染物，对人类健康危害极大。不断严格的环保法律法规促进了这类污染物消除技术的研发，为此作为有效消除VOCs的催化燃烧技术受到了人们的普篇关注。

蜂窝陶瓷催化燃烧技术是目前工业广泛使用的用于消除VOCs的一种有效方法，它具有低阻力降、稳定的净化效果以及适用于大流量有机废气的处理等优点，但是由于受到陶瓷材料本身特性的影响，存在导热性差的缺点，从而带来了催化燃烧产生的热量不能得到有效的散发，出现局部高温及催化剂烧结失活现象。另外，受到蜂窝陶瓷体结构的限制，气流在细直长通道中流动只能是层流，无法实现径向对流，它的总反应速率主要受扩散控制，因此带来了传质效果差的缺点，特别是对于大流量低浓度有机污染物其催化燃烧效率较低。

与蜂窝陶瓷相比，金属丝网催化燃烧技术具有高比表面积、高机械强度、高传热传质系数及燃烧效率、催化剂床层不会出现局部热点、中等阻力降、易组装、可忽略孔隙扩散及轴向渗透、催化剂阻塞及恶化易控制、清洁简单等优点而有利于提高催化剂在起燃范围内废气的净化效率。然而现有的金属丝网催化燃烧中金属载体采用的是正弦蜂窝状结构，它通过波纹箔带与平箔带叠合并卷绕而成，内部为独立的通道结构并且径向上没有连通，气体在通道内部的流动形式主要是层流，因此整体式催化载体界面之间的传质传热系数仍然较低。

为了提高整体式金属丝网催化燃烧的传质传热特性以及燃烧效率，国内外许多学者对其结构作了大量的研究和改进，典型的例子有：

(一)Azdrzej Kolodziej等人(Chemical Engineering and Processing，2007，46：637-648)基于管道入口段能大幅提高流体传质系数的原理设计了短通道正弦或三角形结构的金属丝网催化燃烧器，在没有改变由波纹状金属箔与平板状金属箔叠在一起构成的传统老路条件下，结果将阻力降低1.5～2倍，但是与编织金属丝网相比，反应器长度却增加了2～3倍，因此这种结构尽管能提高传质效率，但仍具有不可渗透壁抑制了径向传质、结构复杂以及流体湍动强度不高的缺点。

(二)蜂窝状金属丝网载体结构重新设计，突破不可渗透壁的限制。中国专利(申请号：200710010359.7；公开号：CN101049577A)以不锈钢金属丝网为载体骨架材料，将附着牢固氧化铝涂层的多个平板状和瓦楞状金属丝网交替堆积捆绑包裹成内部为三维通透结构的蜂窝状金属丝网载体。其优点为制备的蜂窝状金属具有径向上传质和传热。缺点：成型工艺较复杂。

(三)Lifeng Wang等人在Applied Catalysis A：General，2008，350：150-156上发表的文章“Design of novel Pt-structured catalyst on anodic aluminum support for VOC’scatalytic combustion”中，其方案是：将长直通道加工成交错曲折型通道，以金属铝代替原先蜂窝陶瓷中的陶瓷材料以利成形，突破了长直通道中的层流及传热限制。其优点：提高了传热传质效率。缺点：没有根本改变径向传质的限制。

以上几个典型的例子中均以金属丝网结构以及制备工艺复杂化为代价来克服现有整体式金属丝网催化燃烧中存在的缺陷。如果能够找到一种实现传质强化新方法使流体呈现扰动甚至湍流，既能达到不增加或降低气体通过催化剂载体床层的流动阻力，就能为催化燃烧法处理大通量VOCs提高催化燃烧效率提供一条捷径。

发明内容

本发明针对现有整体式金属丝网催化燃烧中存在的许多不足之处，提供一种用于易挥发性有机污染物脉动金属丝网催化燃烧装置，解决现有技术中存在的反应速率受扩散控制或金属丝网载体成型制备工艺复杂的问题。

本发明的再一目的在于提供了一种脉动金属丝网催化燃烧方法。

为了实现上述目的，所述装置包括声去耦室1、Rijke管3，所述的装置还包括金属丝网催化床层2，该金属丝网催化床层2设置于Rijke型脉动金属丝网催化燃烧器主体中。

作为上述方案的一种改进，所述金属丝网催化床层设置于Rijke型脉动燃烧器主体距离声去耦室1的1/8～1/2Rijke管高度处。