催化燃燒是用催化劑使廢氣中可燃物質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轉化。由于催化劑加速了氧化分解的歷程,大多數碳氫化合物在300~450℃的溫度時,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,設備設施的體積小。但是,由于使用的催化劑的、催化床層的更換和清潔費用高等問題,影響了這種方法在工業生產過程中的推廣和應用。國內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定性好,技術較為成熟,但由于價格高,資源短缺,所以,未能將其產業化;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、復氧化物催化劑(鈣鈦型復氧化物和尖晶石型復氧化物)的研究方面。尋找來源豐富、價格低廉、性能相當的非催化劑,以替代傳統的催化劑用于催化燃燒過程已成為了研究的一個重要方向。鋼鐵工業是能源消耗大戶,而燒結工序能耗約占鋼鐵生產總能耗的10%。我國1990年重點鋼鐵企業燒結能耗比國外燒結能耗(標煤55kg/t)高11~ 27kg/t。若按燒結產量1億t及生產能耗下降2%,其節煤(焦)總量相當于一個大中型煤礦一年的產量。酒鋼(集團)鋼鐵研究院、安徽工業大學與酒鋼(集團)河西堡鐵廠根據河西堡鐵廠燒結用煤和燒結工藝技術特點,提出在河西堡鐵廠燒結原料和技術條件下進行添加催化助燃劑強化燒結的工業性試驗。此次工業性試驗結果表明,往焦粉中添加焦量0.137%左右的催化助燃劑每噸燒結礦可節約焦5.35kg,即節焦約8.06%。燒結機利用系數增加3.63%,成品率提高3.44個百分點,燒結礦的質量略有改善。催化燃燒技術用于燒結生產,不僅節能效益顯著,而且產出強度好、FeO含量低的燒結礦,有利于高爐生產,其技術和添加設備并不復雜,投資少,具有很好的應用價值。
燃煤鍋爐對大氣的污染已得到公認,某些地區也已對燃煤鍋爐進行了改造,但改造只是將燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐,工業廢氣催化燃燒,并沒有改變燃氣鍋爐的傳統火焰燃燒方式。催化燃燒實現了貧燃料的燃燒過程,打破了傳統火焰燃燒的可燃界限,能進一步提高燃氣爐的燃燒效率和熱效率,符合我國“十一五”規劃低排放、率增長方式的要求,是一種很有發展前景的燃燒技術。催化燃燒是典型的氣—固相催化反應,它借助催化劑降低了反應的活化能,使其在較低的起燃溫度200~ 300℃下進行無焰燃燒,有機物質氧化發生在固體催化劑表面,同時產生CO2和H2O,并放出大量的熱量,因其氧化反應溫度低,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,使其多數形成分子氮(N2)。國內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定性好,技術較為成熟,但由于價格高,資源短缺,所以,未能將其產業化;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、復氧化物催化劑(鈣鈦型復氧化物和尖晶石型復氧化物)的研究方面。尋找來源豐富、價格低廉、性能相當的非催化劑,以替代傳統的催化劑用于催化燃燒過程已成為了研究的一個重要方向。
催化劑是一種能改變化學反應速度,而在反應前后其本身的化學性質沒有改變的物質。催化劑通常是由催化活性材料和催化載體構成。催化活性材料一般是金屬或金屬氧化物。其中貴重金屬催化劑主要有鉑、鈀和釕等,普通金屬催化劑主要有銅、鉻、鎳、釩、錳、鐵、鈷等金屬及氧化物。催化載體是多孔材料,催化燃燒,主要作用是使活性材料具有大的體表面積。催化載體分為金屬載體、陶瓷載體和炭纖維載體。金屬載體一般是以鎳或鎳鉻合金為載體做成的帶、片、丸、絲等形狀,通過 “電鍍”或 “化學鍍”(即溶液浸漬)將鉑、鈀鍍在這些載體上,廢氣處理催化燃燒,并制成便于裝配、拆卸的模屜。以陶瓷為載體的催化劑,一般是以硅—鋁氧化物為載體,其結構有片粒狀和蜂窩狀兩種。一般在陶瓷結構上涂敷一層僅0.13mm厚的α-氧化鋁薄層,把活性的鉑、鈀等金屬催化劑以微晶狀態沉積或分散在多孔的氧化鋁薄層中,并制成便于裝配、拆卸的模屜。炭纖維載體可制作成線狀、氈狀、網狀等形狀,在載體上涂敷催化活性材料,制成便于裝配、拆卸的模屜催化燃燒技術的研究與應用已經進入一個快速發展的階段,它的作用也越來越被人們所重視。
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