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催化燃烧技术的研究与应用

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,催化燃烧装置,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。
催化燃烧技术的研究与应用已经进入一个快速发展的阶段,它的作用也越来越被人们所重视。
例如,汽车及其他机动车中由于引入了催化燃烧技术,节省了燃料,降低了废弃物的排放,使环境污染的程度大大降低。
应用在锅炉燃煤中,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。
另外,催化燃烧技术也已成功应用于其他领域,例如家用燃气的催化燃烧,水泥熟料的煅烧,但进一步的深入研究仍是非常必要的,例如石油化工企业中加热炉炉管烧焦技术上的应用研究等等。
可见,催化燃烧领域的应用之广,意义之大,在未来的社会发展中,它具有举足轻重的地位,对节能降耗,合理利用资源和保护环境上都具有重要的推动作用。
因此,大力推进催化燃烧技术的研究工作,积极推广催化燃烧技术的应用,对社会的发展和环境的保护具有深刻积极地意义。


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。
酒钢(集团)钢铁研究院、安徽工业大学与酒钢(集团)河西堡铁厂根据河西堡铁厂烧结用煤和烧结工艺技术特点,提出在河西堡铁厂烧结原料和技术条件下进行添加催化助燃剂强化烧结的工业性试验。
此次工业性试验结果表明,往焦粉中添加焦量0.137%左右的催化助燃剂每吨烧结矿可节约焦5.35kg,即节焦约8.06%。
烧结机利用系数增加3.63%,成品率提高3.44个百分点,烧结矿的质量略有改善。
催化燃烧技术用于烧结生产,不仅节能效益显著,而且产出强度好、FeO含量低的烧结矿,有利于高炉生产,其技术和添加设备并不复杂,投资少,具有很好的应用价值。
(2)设备预热应是动态的,而不是静态的;初始预热阶段使用的气体一般是空气,不是废气,系统达到设计温度后才能切换为废气。
石油化工中的结焦不仅会使炉管传热系数降低、造成局部过热现象、缩短炉管寿命,而且会降低装置处理量,严重制约装置的正常运转,因此需要定期烧焦。
计算机控制下蒸汽—空气在线烧焦是国内采用的较为先进的技术,但其存在的较大问题是烧焦时间过长。
如果在石油化工装置烧焦过程中,加入一种烧焦助燃剂,就可以通过降焦反应的活化能,大幅度提高烧焦反应速度,就能够在较低的温度下,达到缩短烧焦时间的目的。
这一技术的研究有了一些突破性的进展。


在化学反应过程中,利用催化剂降低燃烧温度,废气催化燃烧,加速有毒有害气体完全氧化的方法,叫做催化燃烧法。
由于催化剂的载体是由多孔材料制作的,蓄热催化燃烧,具有较大的比表面积和合适的孔径,当加热到300~450℃的有机气体通过催化层时,氧和有机气体被吸附在多孔材料表层的催化剂上,增加了氧和有机气体接触碰撞的机会,提高了活性,使有机气体与氧产生剧烈的化学反应而生成CO2和H2O,同时产生热量,催化燃烧,从而使得有机气体变成无毒无害气体。
(3)安全有机废气一般。
虽然高浓度可以回收有机燃烧产生的部分热量,降低能耗,但在处理过程中必须将其浓度控制在极限以内。
一般需要设置防爆板、可燃气体探测器、紧急排空阀、稀释阀、防火阀等。
2、便于清洗和更换。
催化剂反应器一般应设计成装卸方便的模屉结构,便于清洗和更换催化剂载体。


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