催化燃燒是典型的氣-固相催化反應(yīng),它借助催化劑降低了反應(yīng)的活化能,使其在較低的起燃溫度200~ 300℃下進(jìn)行無(wú)焰燃燒,有機(jī)物質(zhì)氧化發(fā)生在固體催化劑表面,同時(shí)產(chǎn)生CO2和H2O,并放出大量的熱量,因其氧化反應(yīng)溫度低,所以大大地抑制了空氣中的N2形成高溫NOx。而且由于催化劑有選擇/催化作用,有可能限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化過(guò)程,使其多數(shù)形成分子氮(N2)。 與傳統(tǒng)的火焰燃燒相比,催化燃燒有著很大的優(yōu)勢(shì): (1)起燃溫度低,能耗少,燃燒易達(dá)穩(wěn)定,甚至到起燃溫度后無(wú)需外界傳熱就能完成氧化反應(yīng)。 (2)凈化效率高,污染物(如NOx及不完全燃燒產(chǎn)物等)的排平較低。 (3)適應(yīng)氧濃度范圍大,噪音小,無(wú)二次污染,且燃燒緩和,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低,操作管理也很方便。
目前主要研究的催化劑基本上有兩大類:一類為貴金屬催化劑,這類催化劑的活/和穩(wěn)定/好,技術(shù)較為成熟,但由于貴金屬價(jià)格高,資源短缺,所以,未能將其產(chǎn)業(yè)化;另一類為非金屬催化劑,主要集中在過(guò)渡金屬氧化物催化劑、復(fù)氧化物催化劑(鈣鈦型復(fù)氧化物和尖晶石型復(fù)氧化物)的研究方面。目前,尋找來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、/能相當(dāng)?shù)姆琴F金屬催化劑,以替代傳統(tǒng)的貴金屬催化劑用于催化燃燒過(guò)程已成為了研究的一個(gè)重要方向。 催化燃燒對(duì)催化劑的基本要求是:既能抑制燒結(jié)、保持活/物質(zhì)具有較大的比表面積及良好的熱穩(wěn)定/,又要具有一定的活/,可起到催化劑活/組分或助催化劑的作用。這在某種程度上是互相矛盾的,因?yàn)檠芯恳呀?jīng)證明氧化物的活/和熱穩(wěn)定/成反比。同時(shí),需有高的機(jī)械強(qiáng)度以及對(duì)燃料中所含有高的耐腐蝕/。
在水泥工業(yè)中,水泥熟料的煅燒是通過(guò)煤的燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)的,煤的燃燒狀況直接影響到水泥熟料的燃燒效果。煤在催化劑作用下,加速氧化物放氧,使煤炭迅速燃燒,提高燃燒的強(qiáng)度。給水泥煅燒提供了足夠熱能,同時(shí)也提高了水泥煅燒熱動(dòng)力,加速熱傳遞,促進(jìn)質(zhì)點(diǎn)、固相、氣相、液相反應(yīng),提高了物質(zhì)擴(kuò)散速度和相間反應(yīng)速度。目前已有研究表明,"CAFYT"催化劑在水泥熟料煅燒過(guò)程中通過(guò)對(duì)煤炭的催化燃燒可有效促進(jìn)固相反應(yīng)、液相反應(yīng)以及熟料急冷。另有實(shí)驗(yàn)表明,MnO2的催化效果也較好,其佳添加量為8%~ 16%,且對(duì)水泥熟料的/能不會(huì)產(chǎn)生影響。
催化燃燒不但可以使燃料得到充分利用,而且無(wú)論是從能源利用角度還是從環(huán)境保護(hù)角度考慮,其技術(shù)進(jìn)步都會(huì)對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。對(duì)催化燃燒技術(shù)的研究不應(yīng)只停留在理論及實(shí)驗(yàn)室水平上,更具有現(xiàn)實(shí)意義的是應(yīng)該讓催化劑成為一種產(chǎn)業(yè)走進(jìn)我們的生活。 目前,催化燃燒技術(shù)的研究與應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的階段,它的作用也越來(lái)越被人們所重視。例如,汽車及其他機(jī)動(dòng)車中由于引入了催化燃燒技術(shù),節(jié)省了燃料,降低了廢棄物的排放,使環(huán)境污染的程度大大降低。應(yīng)用在鍋爐燃煤中,實(shí)現(xiàn)了貧燃料的燃燒過(guò)程,打破了傳統(tǒng)火焰燃燒的可燃界限,能進(jìn)一步提高燃?xì)鉅t的燃燒效率和熱效率。另外,催化燃燒技術(shù)也已成功應(yīng)用于其他領(lǐng)域,例如家用燃?xì)獾拇呋紵?,水泥熟料的煅?但進(jìn)一步的深入研究仍是非常必要的,例如石油化工企業(yè)中加熱爐爐管燒焦技術(shù)上的應(yīng)用研究等等。可見(jiàn),催化燃燒領(lǐng)域的應(yīng)用之廣,意義之大,在未來(lái)的社會(huì)發(fā)展中,它具有舉足輕重的地位,對(duì)節(jié)能降耗,合理利用資源和保護(hù)環(huán)境上都具有重要的推動(dòng)作用。因此,大力推進(jìn)催化燃燒技術(shù)的研究工作,積極推廣催化燃燒技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)社會(huì)的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)具有深刻積極地意義。