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1、节能2010年第2期—22—ENERGYCONSERVATION(总第331期)催化燃烧技术的应用进展田凌燕,蔡烈奎,汪军平,王华(克拉玛依石化公司炼油化工研究院,新疆克拉玛依834000)摘要:介绍催化燃烧的实质和特点,论述催化燃烧技术在汽车尾气处理、提高锅炉燃煤效率、提高铁矿烧结质量等领域中的应用,以及在炉管烧焦过程中应用的前景。催化燃烧技术有利于资源的合理利用,是环境友好的过程,加快和扩展催化燃烧研究的领域,对生产进步有促进作用。关键词:催化燃烧;催化剂;技术;应用中图分类号:TF051文献标识码:A文章编号:1004
2、-7948(2010)02-0022-04美国在20世纪末最后10年里,天然气电厂以1催化燃烧的实质和特点[3-4]每年6000MW装机容量的速率逐年递增。随催化燃烧可以使燃料在较低的温度下实现完着“西气东输”世纪工程的启动,我国天然气发电全燃烧,对改善燃烧过程、降低反应温度、促进完全领域也逐渐与世界接轨,因此对该领域中存在的应燃烧、抑制有毒有害物质的形成等方面具有极为重用技术问题的探索已是刻不容缓。天然气燃烧中要的作用,是一个环境友好的过程,其应用领域不的环境问题是由于天然气的热值较高,使得燃烧室断扩展,已广泛地应用在工业
3、生产与日常生活的诸温度高达1800℃,助燃空气中的N2发生高温氧多方面。化,造成NOx污染。它以催化燃烧代替传统的火催化燃烧是典型的气—固相催化反应,它借助焰燃烧方式,燃烧室温度被降至1500℃以下,能够催化剂降低了反应的活化能,使其在较低的起燃温有效地抑制热效应NOx生成反应的发生。工业领度200～300℃下进行无焰燃烧,有机物质氧化发域对催化燃烧技术的兴趣还在于,催化剂能够稳定生在固体催化剂表面,同时产生CO2和H2O,并放贫燃火焰,进行高空燃比燃烧,增大了燃料的利用出大量的热量,因其氧化反应温度低,所以大大地率;另外,
4、催化剂促进的无焰燃烧,产生的热流温度抑制了空气中的N2形成高温NOx。而且由于催化适中,无须冷却空气进行稀释,可直接驱动燃气轮[3]剂有选择性催化作用,有可能限制燃料中含氮化合机,从而提高热效。因此,催化燃烧应用于燃气物(RNH)的氧化过程,使其多数形成分子氮轮机发电不仅能够降低对环境的破坏,还大大提高[1](N2)。了燃气轮机的效率。与传统的火焰燃烧相比,催化燃烧有着很大的(2)催化燃烧应用在汽车尾气净化领域。优势:汽车尾气催化净化剂其应用原理是在汽车排(1)起燃温度低,能耗少,燃烧易达稳定,甚至气管尾部安装催化转化器,C
5、O、HC和NOx借助燃到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应。烧催化剂的作用,发生氧化还原反应而转化为无毒(2)净化效率高,污染物(如NOx及不完全燃的CO2、H2O和N2。所用催化剂为通常所说的三烧产物等)的排放水平较低。效催化剂,既有把NOx还原的功能,同时又有把(3)适应氧浓度范围大,噪音小,无二次污染,CO和烃类氧化的功能。在大量过剩氧气的存在[2]且燃烧缓和,运转费用低,操作管理也很方便。下,具备原位NOx还原能力催化剂的发展,是对于下一代燃油经济型发动机的最大挑战。如果这一2催化燃烧技术的应用点能够顺利实现,商
6、业化的发动机可以节约燃油211催化燃烧在环境友好工程中的应用25%以上。汽车制造商开发的部分杂合贫燃发动(1)催化燃烧应用在燃气轮机发电领域。机,是将在贫油状态下产生的NOx储存在内置于2010年第2期节能(总第331期)ENERGYCONSERVATION—23—TWC中的一种碱土金属氧化物(如BaO)中,周期过程中,加入一种烧焦助燃剂,就可以通过降低烧地快速强化空气—燃油比,将储存的NOx在TWC焦反应的活化能,大幅度提高烧焦反应速度,就能上还原。其基本要求为必须使用含硫量低的燃油,够在较低的温度下,达到缩短烧焦时间的目
7、的。这以防止SOx吸附于催化剂上而导致催化剂的活性一技术的研究有了一些突破性的进展。中心中毒。随着新材料的应用,以及低硫含量(<克罗地亚的INOSd1O1O(Zagreb,Croatia)开发50μg/g)汽油的推广生产,这种技术在21世纪具了一种适用于烃油加热炉炉管的催化烧焦方法。[5]有强大的市场前景。可用来取代传统的使用蒸汽+空气的炉管烧焦方(3)催化燃烧应用在处理有机废气领域。法。新方法是在蒸汽中混入催化剂,使烧焦反应热石油化工、油漆、电镀、印刷、涂料、轮胎制造等大大减少,故其烧焦速度比传统热烧焦方法快3工业的生产过
8、程中都涉及到有机挥发化合物的使倍。由于烧焦时间大大缩短,也即减少了停工时用和排放。有害的有机挥发物通常是烃类化合物、间,因而提高了炉子开工率。所用催化剂是一种不含氧有机化合物、含氯、硫、磷及卤素有机化合物,含重金属的无毒化合物,以水溶液形式被注入通入这些挥发性有机物如不经处理直接排入大气会
