原来催化燃烧不仅在工业废气领域大展身手,也与我们的生活息息相关

发布时间:2022-05-24 09:11:19   浏览量:95
摘要:催化燃烧对于改良燃烧过程,降低反应温度,增进完全燃烧,抑制有毒有害物质的形成等方面有着极为重要的作用,具备了节能与环保两大功效,已广泛地应用在了工业生产中,其实这项技术在日常生活的诸多方面都有应用,主要体现在:干燥、釆暖、加热、尾气处理四个...
催化燃烧对于改良燃烧过程,降低反应温度,增进完全燃烧,抑制有毒有害物质的形成等方面有着极为重要的作用,具备了节能与环保两大功效,已广泛地应用在了工业生产中,其实这项技术在日常生活的诸多方面都有应用,主要体现在:干燥、釆暖、加热、尾气处理四个方面。

1、干燥

催化燃烧辐射的红外线波穿透性强,传播速度快。它能穿透相当厚的物体,如四层粗布、五层胶片、7毫米厚的新鲜面包、5亳米厚的石英砂等。因此,用催化无焰燃烧进行物料的辐射干燥、其特点是表面与内部干燥同时进行、干燥速度快。广泛应用于涂层、喷漆、纤维织品、木材、树脂等的干燥。

如木材蒸汽、烟气加热进行干燥时,由于表面干燥快、内部干燥慢(表面千燥以对流传热为主、内部以导热为主),致使木材变形,而采用催化燃烧红外线干燥,依靠辐射传热,表面千燥速度与内部干燥速度相差不大,可以防止木材受热不均造成变形。催化无焰燃烧的另一特点是于燥过程没有由于加热过程引起空气对流,不扬起灰尘,这一点在摄影胶片和涂层时特别重要。催化燃烧用于有有机溶剂产生的工艺时,由于温度低,不会引起爆炸。这对涂料的干燥特别重要。

2、采暖

用催化无焰燃烧器进行采暖,属于低温辐射采暖,其主要特点是:低温辐射极为温和,给人以柔和的舒适感;不加热空气介质,避免了造成空气对流而将灰尘带起;局部采暖,热损失小。由于上述的特点,催化无焰燃烧器是室内采暖的良好方法。它亦可以用于有易燃物品房间采暖。由于燃烧完全,不排放污染物,可用于帐篷、野营活动住宅及其他新鲜空气循环受到限制的场所的采暖,也可以用于室外作业、露天作业人员的取暖。

3、加热

催化无焰燃烧用于加热主要有三个方面:

(1)家用天然气催化燃烧热水器将催化燃烧技术应用于家用热水器已基本研制成功。其催化剂足以Fe2O3、Co3O4、MnO2为活性组分,Al2O3为载体,催化剂被制成浆液,涂覆在适用于家用热水器燃烧室大小的整体式堇青石蜂窝陶瓷上。实验测试表明,在热交换器没有充分吸热的情况下,其热效率已达83.15%,超过了国家标准(n≥80%):另外,NOX的排放量的体积分数仅为24×10-6,低于国家标准(<80×10-6),CO含量为0.02%,达到国家标准(002%)。

(2)燃气催化无焰燃烧红外线燃气灶。目前已成功研制出属于我国的燃气催化无焰燃烧燃气灶。该燃烧灶改变了普通灶具的结构,使空气与燃气充分、均匀混合,加快了燃烧速度。其优势体现为:一是效高节能,节能25%-40%以上;二是节时,使用时灶面温度高达900-1000℃,比普通炉具节时45%-55%以上:三是卫生,因其燃烧充分,炉灶底不会出现黑色,并解除了厨房的胶状物;四是CO排放量低。

(3)红外线烧烤炉。红外线烧烤炉的核心部件是以蜂窝陶瓷为第一载体、γ-Al2O3为第二载体、钙钛矿稀土金属复合物为催化剂组成的催化无焰燃烧器,利用该燃烧器烧烤食物时,由于不存在对流传热、不会卷起空气的各种粉尘对食品造成污染。另外,加热属于辐射传热,食品内外受热较均匀、不会出现局部过热烧焦而内部尚未烤熟的现象。

4、尾气处理

催化燃烧技表现更出色的还是在尾气处理方面,尾气处理主要包括两个方面:汽车尾气和工业VOCs的去除。

(1)汽车尾气处理:目前以成功研发蜂窝陶瓷为第一载体、yAl2O3为第二载体的汽车尾气处理装置。汽车尾气催化净化剂其应用原理是在汽车排气管尾部安装催化转化器,在精确空燃比(A/F=14.7±0.1)的条件下,CO、HC和Nox借助燃烧催化剂的作用,发生氧化还原反应而转化为无毒的CO2、H2O和N2。所用催化剂为通常所说的三效催化剂,既有把NOx还原的功能,同时又有把CO和烃类氧化的功能。

目前所用TWC的活性组分基本上是Pt、Rh混合物,或是将Pt沉积在高比表面积的Al2O3上。在大量过剩氧气的存在下,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性发动机的zui大挑战。如果这一点能够得到顺利实现,商业化的发动机可以节约燃油25%以上。汽车制造商开发的部分杂合贫燃发动机,是将在贫油状态下产生的NOx储存在内置于TWC中的一种碱土金属氧化物(如BaO)中,周期地快速强化空气燃油比,将储存的NOx在TwC上还原。其基本要求为必须使用含硫量低的燃油,以防止SOx吸附于催化剂上而导致催化剂的活性中心中毒。

随着新材料的应用,以及低硫含量(<50μg/g)汽油、液化天然气、乙醇等淸洁替代燃料的推广生产和使用,这种技术在本世纪具有强大的市场前景。

(2)处理有机废气(vocs):用传统的焚烧法(也叫直接燃烧法)只能用于处理高浓度VOCs的处理,而且由于温度高容易产生NOx和CO等二次污染物。催化燃烧用于处理VOCs主要特点有:

a、起燃温度低,节省能源,采用催化无焰燃烧工艺,具有起燃温度低,能耗小的显著特点。在某些情况下,达到起燃温度后便无需外界供热。

b、适用范围广,催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体,即它适用于浓度范围广、成分复杂的各种有机废气处理。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多成分,又没有回收价值的废气,采用吸附催化燃烧法的处理效果更好;

C、处理效率高,无二次污染,用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上,最终产物为无害的CO2和H2O(杂原子有机化合物还有其他燃烧产物),因此无二次污染问题。此外,由于温度低,能大量减少NOx的生成。因此催化燃烧处理有机废气具备明显的优势。

催化无焰燃烧不但可以使燃料得到充分利用,而且无论是从能源利用角度还是从环境保护角度考虑,其技术进步都具有重要意义。对更深层次催化燃烧技术的研究不应只停留在理论及实验室水平上,应加大产品开发力度,走进人们的生活,走进家庭,如家电用环保催化剂、烹调器用自净化催化剂、光催化氧化净化剂、催化燃料电池等的应用,使得现代人在享受物质文明的同时,又担负着消除污染、节约能源、净化环境的职责。随着催化科学技术的发展,催化无焰燃烧技术也必将在能源与环境产业中发挥更大的作用。

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