催化燃烧技术

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1、催 化 燃 烧 技 术展 示 人 ： 01 背 景 资 料02 催 化 燃 烧 特 点及 机 理03 催 化 剂 的 类 型 及 性能 要 求04 催 化 燃 烧 技 术应 用 1 背 景 以 燃 料 为 能 源合 理 组 织 燃 烧过 程 掌 握 用 火 的技 术发 现 氧 气 揭 示燃 烧 本 质 燃 烧 燃 料 的 燃 烧 从 其 最终 结 果 来 看 ， 是 物之 间 的 一 种 能 量 转换 过 程 ， 它 是 通 过燃 料 和 氧 化 剂 在 一定 条 件 下 所 进 行 的具 有 放 光 和 发 热 特点 的 剧 烈 氧 化 反 应 燃 烧 化 学 反 应 需 要具 有 一 定

2、的 反 应 条件 ， 例 如 反 应 物 的浓 度 和 温 度 这 与 气体 运 动 、 分 子 扩 散、 热 量 传 递 等 物 理因 素 有 关 。 火 焰 燃 烧 所 散 发 出 来 的热 量 不 能 得 到 充 分 利 用1 燃 料 不 能 充 分 燃 烧 ， 造成 能 源 的 巨 大 浪 费2 传 统 燃 烧 温 度 高 ， 是 空 气中 的 氧 气 和 氮 气 反 应 生 产大 量 NOx废 弃 物 ， 严 重 污染 环 境3传 统 燃 烧 方 式 是 火 焰 燃 烧 ， 火 焰 燃 烧 在 人 类 进 化 和 人 类文 明 的 发 展 中 起 着 极 其 重 要 的 作 用 。

3、但 其 对 现 代 文 明 的发 展 有 着 很 大 的 限 制 作 用 2 催 化 燃 烧催 化 燃 烧 是 典 型 的 气 固 相 催 化 反 应 ， 通 过 催化 剂 降 低 反 应 活 化 能 使其 在 较 低 的 起 燃 温 度200300 下 进 行 无 焰 燃烧 ， 有 机 物 质 氧 化 发 生在 固 体 催 化 剂 表 面 ， 同时 产 生 CO2和 H2O， 以 及放 出 大 量 热 量 （ 反 应 温度 低 于 燃 烧 温 度 ） 实 质 ： 空 气 中 的 氧 气 被催 化 剂 中 的 活 性 组 分 所活 化 ， 当 活 性 氧 与 反 应物 分 子 接 触 是 发

4、生 了 能量 的 传 递 ， 反 应 物 分 子随 之 被 活 化 ， 从 而 加 快了 氧 化 反 应 的 速 率 。 催 化 燃 烧 的 优 势起 燃 温 度 低 能耗 少 ， 删 少 易达 稳 定 ， 甚 至到 起 燃 温 度 后无 需 外 接 传 热就 能 完 成 氧 化反 应 。 净 化 效 率 高 ，污 染 物 （ 如NOx及 不 完 全燃 烧 产 物 等 ）的 排 放 水 平 较 低 适 应 氧 浓 度 范围 大 ， 噪 音 小 ，无 二 次 污 染 ，且 燃 烧 缓 和 ，运 转 费 用 低 ，操 作 管 理 方 便 催 化 剂 的 作 用LO REM 1 反 应 活 性化LO

5、 REM 2 混 合 效 应LO REM 3 O2分 子 的 活 化及 活 性LO REM 4催 化 燃 烧 的 机 理 催 化 剂 的 作 用 催 化 剂 的 作 用 像 “ 气 固 ” 反 应 一 样 ， 有机 物 RH在 催 化 剂 作 用 下 完 全 氧 化 一 般 需 经 以 下步 骤 ：1 反 应 物 分 子 由 固 相 转 移 到 催 化 剂 表 面 ；2 通 过 细 孔 由 外 表 面 向 内 表 面 扩 散 ；3 克 服 气 固 界 面 膜 的 阻 力 被 催 化 剂 表 面 的 活性 物 质 吸 附 （ 至 少 吸 附 一 种 反 应 物 ） ；4 被 活 化 的 吸 附

6、物 与 另 一 种 活 化 的 吸 附 物 、 或物 理 吸 附 物 、 或 直 接 来 自 气 相 之 间 的 反 应 物 进行 化 学 反 应 ；5 反 应 产 物 从 催 化 剂 表 面 托 付 ；6 托 付 物 通 过 细 孔 向 催 化 剂 外 表 面 扩 散 ；7 由 外 表 面 向 气 相 扩 散 反 应 活 性电 子 云 分 布 状 态 及 空 间 结 构不 同 ；不 同 种 类 反 应 物 具 有 不 同 的反 应 活 性 ；分 子 中 所 含 元 素 成 分 不 同 ；催 化 剂 表 面 活 性 结 构 要 求 各不 相 同 ；催 化 剂 表 面 活 性 中 心 性 质 要

7、求 各 不 同 。 因 此 ， 需 要 研制 具 有 不 同 活性 成 分 、 表 面性 质 及 集 团 结构 的 催 化 剂 与之 相 适 应 ， 以提 高 催 化 反 应的 实 际 效 果 。 混 合 效 应单 一 组 分 的 氧 化 活 性 与 混 合 组 分 的 氧 化活 性 往 往 有 所 不 同 ， 存 在 竞 争 吸 附 。大 致 规 律 是 ：1 性 质 与 结 构 类 似 的 分 子 相 互 影 响小 。2 极 性 分 子 与 非 极 性 分 子 共 存 时 有明 显 影 响 。 3 含 有 孤 对 电 子 原 子 的 分 子 对 其 他共 存 分 子 的 反 应 一 般 都

8、 有 一 定 程 度 的 抑 制作 用 ， 尤 其 在 较 低 温 度 时 更 为 明 显 。 O2分 子 的 活 化 及 活 性 燃 烧 反 应 中 ， 氧 是 重 要 因 素 。 O2分 子 首 先 在 催 化 剂 表 面 上 活 化 形 成 不同 类 型 的 活 性 氧 物 质 ， 其 中 有 一 类 氧 物 质具 有 极 高 的 氧 化 活 性 ， 在 完 全 氧 化 反 应 中其 主 要 作 用 。 这 种 “氧 物 质 ”是 亲 电 性 的 ， 主 要 进 攻 反 应物 分 子 中 电 荷 密 度 较 大 部 位 （ 如 不 饱 和 键） 。 活 性 较 弱 的 氧 物 质 也 并

9、 非 专 管 选 择 性 反 应， 随 温 度 升 高 、 活 性 增 强 ， 亦 起 完 全 氧 化作 用 。 铂 、 钯 等 贵 金属 对 烃 类 及 其衍 生 物 的 氧 化都 具 有 很 高 的催 化 活 性 。贵 金属 催化 剂1 对 甲 烷 等 烃 类 和CO等 物 质 具 有较 强 的 活 性 作 用过 度 金属 氧 化剂 催 化物2 钙 钛 矿 型 复 氧化 物 和 尖 晶 石型 复 氧 化 物 ，对 芳 烃 类 废 气的 低 温 氧 化 性能 特 性复 氧 化物 催 化剂3 3、 催 化 剂 的 类 型 催 化 燃 烧 对 催 化 剂 的 基 本 要求 既 能 抑 制 结 烧

10、 、 保 持 活 性 物 质 具 有 较 大的 比 表 面 积 及 良 好 的 热 稳 定 性 ， 又 要 具有 一 定 的 活 性 ， 可 起 到 催 化 剂 活 性 组 分或 助 催 化 剂 的 作 用 。 这 在 某 种 程 度 上 是相 互 矛 盾 的 ， 因 为 研 究 已 经 证 明 氧 化 物的 活 性 和 热 稳 定 性 成 反 比 。 同 时 ， 需 有 高 的 机 械 强 度 以 及 对 燃 料 中所 含 毒 素 有 高 的 耐 腐 蚀 性 A 燃 气 轮 机 发 电领 域 D 家 具 生 活 领 域B 汽 车 尾 气 净 化领 域 F 水 泥 生 产 中 的应 用C 处

11、理 有 机 废 气领 域 G 气 体 传 感 器4 催 化 燃 烧 技 术 的 应 用 燃 气 轮 机 发 电 领 域 的 应 用现 存 问 题 ：由 于 天 然 气 的 热 值 较 高 ， 使 得 燃 烧 室 温 度高 达 1800 ， 助 燃 空 气 中 的 N2发 生 高 温 氧化 造 成 NOx污 染 。解 决 方 案 ：以 催 化 燃 烧 代 替 传 统 的 火 焰 燃 烧 方 式 ， 燃烧 室 温 度 降 至 1500 一 下 。 方 案 优 势 ： 能 够 有 效 的 抑 制 热 效 应 NO的 生 成 。 催 化 剂 能 够 稳 定 贫 燃 火 焰 ， 进 行 高 空 燃比 燃

12、 烧 ， 增 大 燃 料 利 用 率 。 催 化 剂 促 进 的 无 焰 燃 烧 ， 产 生 的 热 流 温度 适 中 ， 无 须 冷 却 空 气 进 行 稀 释 ， 可 直接 驱 动 燃 气 轮 机 ， 从 而 提 高 热 效 应 。 因 此 ， 催 化 燃 烧 应 用 于 燃 气 轮 机 发 电 不仅 能 够 降 低 对 环 境 的 破 坏 ， 还 大 大 提 高燃 气 轮 机 的 效 率 。 汽 车 尾 气 净 化 领 域汽 车 排 气 管 尾 部 安 装催 化 转 化 器 ， 在 精 确空 燃 比 的 条 件 下 CO和 NOx借 助 燃 烧 催 化剂 的 作 用 ， 发 生 氧 化还

13、 原 反 应 而 转 化 为 无毒 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 。 处 理 有 机 废 气 领 域传 统 的 有 机 废 气 净 化 处 理 方 法 ： 吸 附 法、 冷 凝 法 、 直 接 冷 却 法 等问 题 ： 易 造 成 二 次 污 染催 化 燃 烧 法 ：将 有 机 分 子 在 催 化 剂 表 面 作 用 发 生 深 度氧 化 转 化 为 无 害 的 CO2和 H2O的 方 法 ， 又称 为 催 化 完 全 氧 化 法 或 催

14、 化 深 度 氧 化 法。 水 泥 生 产 中 的 应 用在 水 泥 工 业 中 ， 水 泥熟 料 的 煅 烧 是 通 过 煤的 燃 烧 来 实 现 的 ， 煤的 燃 烧 状 况 直 接 影 响到 水 泥 熟 料 的 燃 烧 结果 。 煤 催 化 作 用 下 ，加 速 氧 化 物 放 氧 使 煤炭 突 然 燃 烧 ， 提 高 燃烧 强 度 。 给 水 泥 煅 烧提 供 了 足 够 热 能 ， 同时 提 高 了 水 泥 煅 烧 热动 力 。 目 前 已 有 研 究表 明 ,“ CHCT”催 化 剂 在 水 泥 熟料 煅 烧 过 程 中 通过 对 煤 炭 的 催 化燃 烧 可 有 效 促 进固 相

15、 反 应 、 液 相反 应 以 及 熟 料 极冷 。 催 化 燃 烧 气 体 传 感 器 是 一 种 用于 检 测 因 催 化 剂 接 触 燃 烧 作 用而 产 生 的 燃 烧 热 的 一 种 气 体 传感 器 。 当 可 燃 气 体 一 旦 与 预 先加 热 了 的 传 感 器 相 接 触 ， 在 传感 器 表 面 就 发 生 了 催 化 燃 烧 现象 ， 是 传 感 器 温 度 上 升 ， 这 种温 度 变 化 可 通 过 白 金 线 圈 的 电阻 变 化 进 行 检 测 。 该 设 备 可 用于 监 测 工 业 燃 烧 炉 的 燃 烧 及 控制 情 况 ， 检 测 汽 车 尾 气 中 为

16、 完全 燃 烧 物 的 含 量 ， 用 于 环 境 监 测 及 可 燃 气 体 泄 漏 报 警 ， 矿 井 、车 船 、 仓 库 等 可 燃 气 体 危 险 品的 检 测 以 及 用 于 催 化 动 力 学 等研 究 方 面 制 作 催 化 燃 烧 式 气 体 传 感 器 家 具 生 活 领 域家 用 天 然 气 催 化 燃 烧 热 水 器催 化 剂 是 以 Fe2O3、 Co3O4、 MnO2为 活 性 组分 ， Al2O3为 载 体 ， 催 化 剂 被 制 成 浆 液 ， 涂覆 在 适 用 于 家 用 热 水 器 燃 烧 室 大 小 的 整 体式 蜂 窝 陶 瓷 上 。实 验 测 试 表

17、明 ， 在 热 交 换 器 没 有 充 分 吸 收热 的 情 况 下 ， 其 热 效 率 已 达 83.5%， 超 过 国家 标 准 （ 80%）另 外 ， NOx的 排 放 量 的 体 积 分 数 仅 为 国 家 标准 的 30%。CO含 量 达 到 国 家 标 准 的 （ 0.02%） 结 束 语催 化 燃 烧 可 以 使 燃 料 在 较 低 温 度 下 实 现完 全 燃 烧 ， 对 改 善 燃 烧 过 程 、 降 低 反 应温 度 、 促 进 完 全 燃 烧 、 抑 制 有 毒 有 害 物质 的 形 成 等 方 面 具 有 极 为 重 要 的 作 用 。它 是 一 个 环 境 友 好 的 过 程 ， 其 应 用 领 域不 断 扩 展 ， 已 广 泛 的 应 用 在 工 业 生 产 与日 常 生 活 的 诸 多 方 面 。