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催化燃燒（可燃物在低溫下氧化分解的方法）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-19

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催化燃燒

可燃物在低溫下氧化分解的方法

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(chēng)為催化化學(xué)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(shí)，通過(guò)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中毒、催化床層的更換和清潔費用高等問(wèn)題，影響了這種方法在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的推廣和應用。

基本信息

中文名	催化燃燒
外文名	catalytic combustion
催化劑構成	催化活性材料和催化載體
催化燃燒裝置	由熱交換器、燃燒室等組成
別稱(chēng)	催化化學(xué)轉化

基本內容

過(guò)程

在化學(xué)反應過(guò)程中，利用催化劑降低燃燒溫度，加速有毒有害氣體完全氧化的方法，叫做催化燃燒法。由于催化劑的載體是由多孔材料制作的，具有較大的比表面積和合適的孔徑，當加熱到300~450℃的有機氣體通過(guò)催化層時(shí)，氧和有機氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上，增加了氧和有機氣體接觸碰撞的機會(huì )，提高了活性，使有機氣體與氧產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應而生成CO2和H2O，同時(shí)產(chǎn)生熱量，從而使得有機氣體變成無(wú)毒無(wú)害氣體。

催化燃燒

催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應器、熱回收系統和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成，如右圖所示。其凈化原理是：未凈化氣體在進(jìn)入燃燒室以前，先經(jīng)過(guò)熱交換器被預熱后送至燃燒室，在燃燒室內達到所要求的反應溫度，氧化反應在催化反應器中進(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。

催化燃燒裝置設計時(shí)應考慮以下幾方面問(wèn)題：

1、氣流和溫度均勻分布。要使通過(guò)催化劑表面的氣流和溫度分布均勻，并保證火焰不直接接觸催化劑表面，燃燒室必須具有足夠的長(cháng)度和空間。催化燃燒裝置應具有良好的保溫效果。爐體一般用鋼結構的外殼內襯耐火材料，或用雙層夾墻結構。

2、便于清洗和更換。催化劑反應器一般應設計成裝卸方便的模屜結構，便于清洗和更換催化劑載體。

3、輔助燃料和助燃。催化燃燒一般采用天然氣作輔助燃料，也可用燃料油、電加熱等作輔助燃料。助燃一般用凈化后的氣體，如果凈化后的氣體不能作為助燃，則應引入空氣助燃。

4、較高的轉化速度。由于催化燃燒為不可逆的放熱反應，所以，無(wú)論反應進(jìn)行到什么階段，都應在盡可能高的溫度下進(jìn)行，以獲得較高的轉化速度。但操作溫度往往受某些條件的限制，如催化劑的耐熱溫度、高溫材料的獲得，熱能的供應，以及是否伴有副反應等。因而實(shí)際生產(chǎn)中應根據實(shí)際情況恰當地選擇。

介紹

活性材料和載體

催化劑是一種能改變化學(xué)反應速度，而在反應前后其本身的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有改變的物質(zhì)。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，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(guò)“電鍍”或“化學(xué)鍍”（即溶液浸漬）將鉑、鈀鍍在這些載體上，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(tài)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(xiàn)狀、氈狀、網(wǎng)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。

性能要求

催化劑是催化燃燒法的核心，一種好的催化劑必須具備催化活性高、熱穩定性好、強度高、壽命長(cháng)等特性。

1、活性高。催化劑的活性好壞直接影響催化燃燒的化學(xué)轉化率。而轉化率不僅與催化活性材料自身的活性有關(guān)，而且與催化載體的物理形狀有著(zhù)直接關(guān)系。所以，在選擇適應的催化活性材料的同時(shí)，還必須考慮催化載體的物理形狀，保證催化劑有較高的活性，達到催化燃燒凈化的目的。

2、熱穩定性好。由于廢氣的溫度隨時(shí)變化，如果催化劑不能適應一定范圍內的溫度變化，催化劑的性能就會(huì )下降，凈化效率就會(huì )降低。因此，催化劑必須具備適應一定范圍內的溫度變化。

3、強度高。在催化燃燒過(guò)程中，催化劑往往會(huì )因高溫、振動(dòng)和氣流等因素的作用，使催化劑產(chǎn)生破裂和磨損，破裂和磨損會(huì )造成催化劑的活性降低，增加催化劑床層的壓降，影響凈化效果。

4、壽命長(cháng)。催化活性材料大都比較昂貴，所以，設計時(shí)選用催化劑時(shí)應盡量使用壽命較長(cháng)的催化劑。

應用

催化燃燒適用于含有可燃氣體、蒸氣等有毒有害氣體的凈化，但對于含有大量塵粒、霧滴等有毒有害氣體，容易引起催化床層的堵塞，使催化活性下降，從而降低凈化效率。催化燃燒凈化方法，幾乎適用于所有排放烴類(lèi)或有臭味化合物的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。

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