催化燃烧技术

1、催化燃烧技术催化燃烧技术 展示人： 12021/3/10 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 22021/3/10 1 背景背景 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 32021/3/10 燃燃 烧烧 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。 42021/3/10 火焰燃烧所散发出来的热量不 能

2、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。但其对现代文明的发展有着很大的限制作用 52021/3/10 2 催催 化化 燃燃 烧烧 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

3、是发生了 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。 62021/3/10 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 72021/3/10 催化剂的作用 LOREM1 反应活性化 LOREM2 混合效应 LOREM3 O2分子的活化及活性LOREM 4 催化燃烧的机理催化燃烧的机理 82021/3/10 催化剂的作用 催化剂的作用像“气固”反应一样，有

4、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 92021/3/10 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求各不同。 因因

5、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。 102021/3/10 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 的反应一般都有一定程度的抑制作用，尤 其在较低温度时更为明显。 112021/3/10 O2分子的活化及活性分子的活化及活性 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

6、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。 122021/3/10 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。 贵金属贵金属 催化剂催化剂1 对甲烷等烃类和CO等 物质具有较强的活性 作用 过度金属氧过度金属氧 化剂催化物化剂催化物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 复氧化物复氧化物 催化剂催化剂3 3、催化剂的类型催化剂的类型 132021/3/10 催化燃烧对催化剂的基本要求 既

7、能抑制结烧、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 142021/3/10 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 处理有机废气领域 G 气体传感器 4 催化燃烧技术的应用催化燃烧技术的应用 152021/3/10 燃气轮机发电领域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

8、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。 162021/3/10 方案优势：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。 172021/3/10 汽车尾气净化领域汽车尾气净化领域 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

9、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。 182021/3/10 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化 深度氧化法。 192021/3/10 水泥生产中的应用水泥生产中的应用 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

10、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 有效促进固相反应、液 相反应以及熟料极冷。 202021/3/10 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制作催化燃烧式气体传感器 212021/3/10 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