催化燃烧技术.ppt

催化燃烧技术 展示人 马博 Constant 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 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 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200 300 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时发生了能量的传递 反应物分子随之被活化 从而加快了氧化反应的速率 催化燃烧的优势 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求各不同 因此 需要研制具有不同活性成分 表面性质及基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 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 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 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