催化燃燒對(duì)催化劑的基本要求是:既能抑制燒結(jié)、保持活性物質(zhì)具有較大的比表面積及良好的熱穩(wěn)定性,又要具有一定的活性,可起到催化劑活性組分或助催化劑的作用。這在某種程度上是互相矛盾的,因?yàn)檠芯恳呀?jīng)證明氧化物的活性和熱穩(wěn)定性成反比。同時(shí),需有高的機(jī)械強(qiáng)度以及對(duì)燃料中所含有高的耐腐蝕性。克羅地亞的INOSd.O.O(Zagreb,Croatia)開發(fā)了一種適用于烴油加熱爐爐管的催化燒焦方法。可用來取代傳統(tǒng)的使用蒸汽+空氣的爐管燒焦方法。新方法是在蒸汽中混入催化劑,使燒焦反應(yīng)熱大大減少,故其燒焦速度比傳統(tǒng)熱燒焦方法倍。由于燒焦時(shí)間大大縮短,也即減少了時(shí)間,因而提高了爐子開工率。所用催化劑是一種不含重金屬的無毒化合物,以水溶液形式被注入通入爐管的蒸汽流中,爐溫可由燃燒器控制穩(wěn)定。因燒焦速度快,又不存在超溫過熱的危險(xiǎn),所以使?fàn)t管的燒焦操作很容易控制。催化燃燒是典型的氣—固相催化反應(yīng),它借助催化劑降低了反應(yīng)的活化能,使其在較低的起燃溫度200~ 300℃下進(jìn)行無焰燃燒,有機(jī)物質(zhì)氧化發(fā)生在固體催化劑表面,同時(shí)產(chǎn)生CO2和H2O,并放出大量的熱量,因其氧化反應(yīng)溫度低,所以大大地抑制了空氣中的N2形成高溫NOx。而且由于催化劑有選擇性催化作用,有可能限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化過程,使其多數(shù)形成分子氮(N2)。
國內(nèi)外主要研究的催化劑基本上有兩大類:一類為催化劑,這類催化劑的活性和穩(wěn)定性好,技術(shù)較為成熟,但由于價(jià)格高,資源短缺,所以,未能將其產(chǎn)業(yè)化;另一類為非金屬催化劑,主要集中在過渡金屬氧化物催化劑、復(fù)氧化物催化劑(鈣鈦型復(fù)氧化物和尖晶石型復(fù)氧化物)的研究方面。尋找來源豐富、價(jià)格低廉、性能相當(dāng)?shù)姆谴呋瘎蕴娲鷤鹘y(tǒng)的催化劑用于催化燃燒過程已成為了研究的一個(gè)重要方向。催化燃燒是用催化劑使廢氣中可燃物質(zhì)在較低溫度下氧化分解的凈化方法。所以,催化燃燒又稱為催化化學(xué)轉(zhuǎn)化。由于催化劑加速了氧化分解的歷程,大多數(shù)碳?xì)浠衔镌?00~450℃的溫度時(shí),通過催化劑就可以氧化完全。與熱力燃燒法相比,催化燃燒所需的輔助燃料少,能量消耗低,設(shè)備設(shè)施的體積小。但是,由于使用的催化劑的、催化床層的更換和清潔費(fèi)用高等問題,影響了這種方法在工業(yè)生產(chǎn)過程中的推廣和應(yīng)用。催化燃燒技術(shù)的研究與應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的階段,它的作用也越來越被人們所重視。例如,汽車及其他機(jī)動(dòng)車中由于引入了催化燃燒技術(shù),節(jié)省了燃料,降低了廢棄物的排放,使環(huán)境污染的程度大大降低。應(yīng)用在鍋爐燃煤中,實(shí)現(xiàn)了貧燃料的燃燒過程,打破了傳統(tǒng)火焰燃燒的可燃界限,能進(jìn)一步提高燃?xì)鉅t的燃燒效率和熱效率。另外,催化燃燒技術(shù)也已成功應(yīng)用于其他領(lǐng)域,例如家用燃?xì)獾拇呋紵嗍炝系撵褵M(jìn)一步的深入研究仍是非常必要的,例如石油化工企業(yè)中加熱爐爐管燒焦技術(shù)上的應(yīng)用研究等等。可見,催化燃燒領(lǐng)域的應(yīng)用之廣,催化燃燒多少錢,意義之大,在未來的社會(huì)發(fā)展中,它具有舉足輕重的地位,對(duì)節(jié)能降耗,合理利用資源和保護(hù)環(huán)境上都具有重要的推動(dòng)作用。因此,大力推進(jìn)催化燃燒技術(shù)的研究工作,積極推廣催化燃燒技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)社會(huì)的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)具有深刻積極地意義。
催化燃燒氣體傳感器是一種用于檢測因催化劑接觸燃燒作用而產(chǎn)生的燃燒熱的一種氣體傳感器。當(dāng)可燃?xì)怏w一旦與預(yù)先加熱了的傳感器相接觸,在傳感器表面就發(fā)生了催化燃燒現(xiàn)象,使傳感器溫度上升,這種溫度變化可通過白金線圈的電阻變化進(jìn)行檢測。該設(shè)備可用于監(jiān)測工業(yè)燃燒爐的燃燒及控制情況,檢測汽車尾氣中未完全燃燒物的含量,用于環(huán)境監(jiān)測及可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警,礦井、車船、倉庫等可燃?xì)怏w危險(xiǎn)品的檢測以及用于催化動(dòng)力學(xué)的研究等方面。催化燃燒:利用催化劑降低廢氣中有機(jī)物的活化能,使有機(jī)物在低溫下(一般在250 ~ 300°C左右,不同組分有機(jī)物的催化燃燒溫度不同)無焰燃燒。原理:廢氣通過催化劑時(shí),先吸附在催化劑表面,然后在一定溫度下發(fā)生催化燃燒,從而達(dá)到凈化的目的。催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應(yīng)器、熱回收系統(tǒng)和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成,如圖1所示。其凈化原理是:未凈化氣體在進(jìn)入燃燒室以前,先經(jīng)過熱交換器被預(yù)熱后送至燃燒室,在燃燒室內(nèi)達(dá)到所要求的反應(yīng)溫度,氧化反應(yīng)在催化反應(yīng)器中進(jìn)行,凈化后煙氣經(jīng)熱交換器釋放出部分熱量,再由煙囪排入大氣。
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