催化燃烧技术的研究与应用

石油化工、油漆、电镀、印刷、涂料、轮胎制造等工业的生产过程中都涉及到有机挥发化合物的使用和排放。有害的有机挥发物通常是烃类化合物、含氧有机化合物、含氯、硫、磷及卤素有机化合物，这些挥发性有机物如不经处理直接排入大气会造成严重的环境污染。传统的有机废气净化处理方法(如吸附法、冷凝法、直接燃烧法等)均存在缺陷,如易造成二次污染等。为了克服传统有机废气处理方法的缺陷,人们采用催化燃烧方法来对有机废气进行净化处理。钢铁工业是能源消耗大户，而烧结工序能耗约占钢铁生产总能耗的10%。我国1990年重点钢铁企业烧结能耗比国外烧结能耗(标煤55kg/t)高11～ 27kg/t。若按烧结产量1亿t及生产能耗下降2%，其节煤(焦)总量相当于一个大中型煤矿一年的产量。

(4)热量回收方法在能耗可以接受的情况下，对于风量较小的情况，一般采用简单管直接换热来回收热量；对于超出可接受范围的能耗，一般需要大风量的再生催化燃烧，可以提高热量回收效率。将催化燃烧技术应用于家用热水器已基本研制成功。其催化剂是以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堇青石蜂窝陶瓷上。实验测试表明，在热交换器没有充分吸热的情况下，其热效率已达83.5%，超过了(η≥80%);另外，NOx的排放量的体积分数仅为24×10- 6，低于(< 80× 10- 6),CO含量为0.02%，达到(0.02%)。催化燃烧方法是一种实用简便的有机废气净化处理技术，该技术是将有机物分子在催化剂表面作用发生深度氧化转化为无害的二氧化碳和水的方法,又称为催化完全氧化或催化深度氧化方法。一种发明为工业苯废气的催化燃烧技术，应用的是低成本的非催化剂，催化剂基本由CuO、MnO2、铜锰尖晶石、ZrO2、CeO2、锆、固溶体构成，可大大降低催化燃烧的反应温度，提高催化活性，还可以大幅度延长催化剂寿命。一种发明为催化燃烧催化剂，用于有机废气净化处理的催化燃烧催化剂，由块状的蜂窝陶瓷载体骨架与涂覆其上的涂层以及活性组分组成。该催化剂的涂层由Al2O3、SiO2和一种或几种碱土金属氧化物共同形成的复合氧化物组成，因而具有良好的耐高温性能，活性组分以浸渍法担载，其有效利用率高。

燃煤锅炉对大气的污染已得到公认，某些地区也已对燃煤锅炉进行了改造，但改造只是将燃煤锅炉改为燃气锅炉，并没有改变燃气锅炉的传统火焰燃烧方式。催化燃烧实现了贫燃料的燃烧过程，打破了传统火焰燃烧的可燃界限,能进一步提高燃气炉的燃烧效率和热效率，符合我国“十一五”规划低排放、率增长方式的要求,是一种很有发展前景的燃烧技术。催化燃烧是典型的气—固相催化反应，它借助催化剂降低了反应的活化能，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，并放出大量的热量，因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的N2形成高温NOx。而且由于催化剂有选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化过程，使其多数形成分子氮(N2)。国内外主要研究的催化剂基本上有两大类:一类为催化剂，这类催化剂的活性和稳定性好，技术较为成熟，但由于价格高，资源短缺，所以，未能将其产业化;另一类为非金属催化剂，主要集中在过渡金属氧化物催化剂、复氧化物催化剂(钙钛型复氧化物和尖晶石型复氧化物)的研究方面。寻找来源丰富、价格低廉、性能相当的非催化剂，以替代传统的催化剂用于催化燃烧过程已成为了研究的一个重要方向。

催化燃烧是用催化剂使废气中可燃物质在较低温度下氧化分解的净化方法。所以，催化燃烧又称为催化化学转化。由于催化剂加速了氧化分解的历程，大多数碳氢化合物在300~450℃的温度时，通过催化剂就可以氧化完全。与热力燃烧法相比，催化燃烧所需的辅助燃料少，能量消耗低，设备设施的体积小。但是，由于使用的催化剂的、催化床层的更换和清洁费用高等问题，影响了这种方法在工业生产过程中的推广和应用。(4)热量回收方法在能耗可以接受的情况下，对于风量较小的情况，一般采用简单管直接换热来回收热量；对于超出可接受范围的能耗，一般需要大风量的再生催化燃烧，可以提高热量回收效率。催化燃烧：利用催化剂降低废气中有机物的活化能，使有机物在低温下(一般在250 ~ 300°C左右，不同组分有机物的催化燃烧温度不同)无焰燃烧。原理：废气通过催化剂时，先吸附在催化剂表面，然后在一定温度下发生催化燃烧，从而达到净化的目的。