催化燃烧原理及催化剂

一、 催化燃烧的基本原理 催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参加的深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为 CO2 和H2O，同时放出大量热能，其反应过程为：2 催化燃烧的特点及经济性2.1 催化燃烧的特点2.1.1 起燃温度低，节约能源 有机废气催化燃烧与直接燃烧相比，具有起燃温度低，能耗也小的显著特点。在某些情况下，达到起燃温度后便无需外界供热。二、 催化剂及燃烧动力学2。1 催化剂的主要性能指标 在空速较高，温度较低的条件下，有机废气的燃烧反应转化率接近 100％，表明该催化剂的活性较高[9］.催化剂的活性分诱导活化、稳定、衰老失活 3 个阶段,有一定的使用限期，工业上有用催化剂的寿命一般在 2 年以上.使用期的长短与最佳活性结构的稳定性有关,而稳定性取决于耐热、抗毒的能力。对催化燃烧所用催化剂则要求具有较高的耐热和抗毒的性能。有机废气的催化燃烧一般不会在很严格的操作条件下进行，这是由于废气的浓度、流量、成分等往往不稳定,因此要求催化剂具有较宽的操作条件适应性.催化燃烧工艺的操作空速较大，气流对催化剂的冲击力较强,同时由于床层温度会升降，造成热胀冷缩,易使催化剂载体破裂，因而催化剂要具有较大的机械强度和良好的抗热胀冷缩性能。2。2 催化剂种类 目前催化剂的种类已相当多，按活性成分大体可分 3 类。2.2。1 贵金属催化剂 铂、钯、钌等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性,且使用寿命长，适用范围广，易于回收,因而是最常用的废气燃烧催化剂。如我国最早采纳的 Pt-Al2O3 催化剂就属于此类催化剂.但由于其资源稀少，价格昂贵，耐中毒性差，人们一直努力寻找替代品或尽量减少其用量。2。2。2 过渡金属氢化物催化剂 作为取代贵金属催化剂，采纳氧化性较强的过渡金属氧化物，对甲烷等烃类和一氧化碳亦具有较高的活性，同时降低了催化剂的成本，常见的有MnOx、CoOx 和 CuOx 等催化剂。大连理工大学研制的含 MnO2 催化剂,在130℃及空速 13000h—1 的条件下能消除甲醇蒸气，对乙醛、丙酮、苯蒸气的清除也很有效果。2.2.3 复氧化物催化剂 一般认为,复氧化物之间由于存在结构或电子调变等相互作用，活性比相应的单一氧化物要高。主要有以下两大类:（1）钙钛矿...