催化燃燒技術課件

1、催化燃燒技術催化燃燒技術展示人：01背景資料02催化燃燒特點及機理03催化劑的類型及性能要求04催化燃燒技術應用1背景背景以燃料為能源合理組織燃燒過程 掌握用火的技術發(fā)現(xiàn)氧氣揭示燃燒本質(zhì) 燃燃 燒燒 燃料的燃燒從其最終結(jié)果來看，是物之間的一種能量轉(zhuǎn)換過程，它是通過燃料和氧化劑在一定條件下所進行的具有放光和發(fā)熱特點的劇烈氧化反應 燃燒化學反應需要具有一定的反應條件，例如反應物的濃度和溫度這與氣體運動、分子擴散、熱量傳遞等物理因素有關?；鹧嫒紵l(fā)出來的熱量不能得到充分利用1燃料不能充分燃燒，造成能源的巨大浪費2傳統(tǒng)燃燒溫度高，是空氣中的氧氣和氮氣反應生產(chǎn)大量NOx廢棄物，嚴重污染環(huán)境3傳統(tǒng)燃燒

2、方式是火焰燃燒，火焰燃燒在人類進化和人類文明的發(fā)展中起著極其重要的作用。但其對現(xiàn)代文明的發(fā)展有著很大的限制作用 2 催催 化化 燃燃 燒燒催化燃燒是典型的氣固相催化反應，通過催化劑降低反應活化能使其在較低的起燃溫度200300下進行無焰燃燒，有機物質(zhì)氧化發(fā)生在固體催化劑表面，同時產(chǎn)生CO2和H2O，以及放出大量熱量（反應溫度低于燃燒溫度）實質(zhì)：空氣中的氧氣被催化劑中的活性組分所活化，當活性氧與反應物分子接觸是發(fā)生了能量的傳遞，反應物分子隨之被活化，從而加快了氧化反應的速率。 催化燃燒的優(yōu)勢起燃溫度低能耗少，刪少易達穩(wěn)定，甚至到起燃溫度后無需外接傳熱就能完成氧化反應。凈化效率高，污染物（如NOx

3、及不完全燃燒產(chǎn)物等）的排放水平較低適應氧濃度范圍大，噪音小，無二次污染，且燃燒緩和，運轉(zhuǎn)費用低，操作管理方便催化劑的作用LOREM1 反應活性化LOREM2 混合效應LOREM3O2分子的活化及活性LOREM4催化燃燒的機理催化燃燒的機理 催化劑的作用 催化劑的作用像“氣固”反應一樣，有機物RH在催化劑作用下完全氧化一般需經(jīng)以下步驟：1 反應物分子由固相轉(zhuǎn)移到催化劑表面；2 通過細孔由外表面向內(nèi)表面擴散；3 克服氣固界面膜的阻力被催化劑表面的活性物質(zhì)吸附（至少吸附一種反應物）；4 被活化的吸附物與另一種活化的吸附物、或物理吸附物、或直接來自氣相之間的反應物進行化學反應；5 反應產(chǎn)物從催化劑表面

4、托付；6 托付物通過細孔向催化劑外表面擴散；7 由外表面向氣相擴散 反應活性電子云分布狀態(tài)及空間結(jié)構不同；不同種類反應物具有不同的反應活性；分子中所含元素成分不同；催化劑表面活性結(jié)構要求各不相同；催化劑表面活性中心性質(zhì)要求各不同。因因此，需要研制具有不同活性成分、表面性質(zhì)及集團結(jié)構的催化劑與之相適應，以提高催化反應的實際效果。 混合效應單一組分的氧化活性與混合組分的氧化活性往往有所不同，存在競爭吸附。大致規(guī)律是：1 性質(zhì)與結(jié)構類似的分子相互影響小。2 極性分子與非極性分子共存時有明顯影響。 3 含有孤對電子原子的分子對其他共存分子 的反應一般都有一定程度的抑制作用，尤 其在較低溫度時更為明顯。

5、 O2分子的活化及活性分子的活化及活性 燃燒反應中，氧是重要因素。 O2分子首先在催化劑表面上活化形成不同類型的活性氧物質(zhì)，其中有一類氧物質(zhì)具有極高的氧化活性，在完全氧化反應中其主要作用。 這種“氧物質(zhì)”是親電性的，主要進攻反應物分子中電荷密度較大部位（如不飽和鍵）。 活性較弱的氧物質(zhì)也并非專管選擇性反應，隨溫度升高、活性增強，亦起完全氧化作用。鉑、鈀等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性。貴金屬貴金屬催化劑催化劑1對甲烷等烴類和CO等物質(zhì)具有較強的活性作用過度金屬氧過度金屬氧化劑催化物化劑催化物2鈣鈦礦型復氧化物和尖晶石型復氧化物，對芳烴類廢氣的低溫氧化性能特性復氧化物復氧化物催

6、化劑催化劑3 3、催化劑的類型催化劑的類型催化燃燒對催化劑的基本要求 既能抑制結(jié)燒、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。這在某種程度上是相互矛盾的，因為研究已經(jīng)證明氧化物的活性和熱穩(wěn)定性成反比。 同時，需有高的機械強度以及對燃料中所含毒素有高的耐腐蝕性A燃氣輪機發(fā)電領域D家具生活領域B汽車尾氣凈化領域F水泥生產(chǎn)中的應用C處理有機廢氣領域G氣體傳感器4 催化燃燒技術的應用催化燃燒技術的應用燃氣輪機發(fā)電領域的應用燃氣輪機發(fā)電領域的應用現(xiàn)存問題：由于天然氣的熱值較高，使得燃燒室溫度高達1800，助燃空氣中的N2發(fā)生高溫氧化造成NO

7、x污染。解決方案：以催化燃燒代替?zhèn)鹘y(tǒng)的火焰燃燒方式，燃燒室溫度降至1500一下。方案優(yōu)勢：方案優(yōu)勢： 能夠有效的抑制熱效應NO的生成。 催化劑能夠穩(wěn)定貧燃火焰，進行高空燃比燃燒，增大燃料利用率。 催化劑促進的無焰燃燒，產(chǎn)生的熱流溫度適中，無須冷卻空氣進行稀釋，可直接驅(qū)動燃氣輪機，從而提高熱效應。 因此，催化燃燒應用于燃氣輪機發(fā)電不僅能夠降低對環(huán)境的破壞，還大大提高燃氣輪機的效率。汽車尾氣凈化領域汽車尾氣凈化領域汽車排氣管尾部安裝催化轉(zhuǎn)化器，在精確空燃比的條件下CO和NOx借助燃燒催化劑的作用，發(fā)生氧化還原反應而轉(zhuǎn)化為無毒的CO2、H2O和N2。所用催化劑為通常所說的三效催化劑，既有把NOx還原

8、的功能，同時又有把CO和烴類氧化的功能。 處理有機廢氣領域傳統(tǒng)的有機廢氣凈化處理方法：吸附法、冷凝法、直接冷卻法等問題：易造成二次污染催化燃燒法：將有機分子在催化劑表面作用發(fā)生深度氧化轉(zhuǎn)化為無害的CO2和H2O的方法，又稱為催化完全氧化法或催化深度氧化法。水泥生產(chǎn)中的應用水泥生產(chǎn)中的應用在水泥工業(yè)中，水泥熟料的煅燒是通過煤的燃燒來實現(xiàn)的，煤的燃燒狀況直接影響到水泥熟料的燃燒結(jié)果。煤催化作用下，加速氧化物放氧使煤炭突然燃燒，提高燃燒強度。給水泥煅燒提供了足夠熱能，同時提高了水泥煅燒熱動力。目前已有研究表明,“CHCT”催化劑在水泥熟料煅燒過程中通過對煤炭的催化燃燒可有效促進固相反應、液相反應以及

9、熟料極冷。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。當可燃氣體一旦與預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，是傳感器溫度上升，這種溫度變化可通過白金線圈的電阻變化進行檢測。該設備可用于監(jiān)測工業(yè)燃燒爐的燃燒及控制情況，檢測汽車尾氣中為完全燃燒物的含量，用于環(huán)境監(jiān)測及可燃氣體泄漏報警，礦井、車船、倉庫等可燃氣體危險品的檢測以及用于催化動力學等研究方面制作催化燃燒式氣體傳感器制作催化燃燒式氣體傳感器家具生活領域家用天然氣催化燃燒熱水器催化劑是以Fe2O3、Co3O4、MnO2為活性組分，Al2O3為載體，催化劑被制成漿液，涂覆在適用于家用熱水器燃燒室大小的整體式蜂窩陶瓷上。實驗測試表明，在熱交換器沒有充分吸收熱的情況下，其熱效率已達83.5%，超過國家標準（80%）另外，NOx的排放量的體積分數(shù)僅為