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催化燃烧设备 |
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1836年，贝采尼乌斯(J.J.Berzelius)提出了“催化”和“催化剂”的概念，于是人们对催化现象的观察和系统研究也于19世纪开始了。1895年奥斯特瓦尔德(W.Ostwald)从理论上推断出了“在可逆反应中，催化剂仅能加速化学反应，而不能改变化学平衡”而获得了1909年度的诺贝尔化学奖。20世纪初，催化合成氨技术的工业化，使催化原理的研究出现了一个高峰，也可以说是催化化学中的里程碑。
催化燃烧是典型的气—固相催化反应，它借助催化剂降低了反应的活化能，使其在较低的起燃温度200～ 300℃下进行无焰燃烧，有机物质氧化发生在固体催化剂表面，同时产生CO2和H2O，并放出大量的热量，因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的N2形成高温NOx。而且由于催化剂有选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化过程，使其多数形成分子氮(N2)。
与传统的火焰燃烧相比,催化燃烧有着很大的优势:起燃温度低，能耗少，燃烧易达稳定，甚至到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应。净化，污染物(如NOx及不完全燃烧产物等)的排放水平较低。适应氧浓度范围大，噪音小，无二次污染，且燃烧缓和，运转费用低，操作管理也很方便。
催化燃烧对催化剂的基本要求是:既能抑制烧结、保持活性物质具有较大的比表面积及良好的热稳定性，又要具有一定的活性，可起到催化剂活性组分或助催化剂的作用。这在某种程度上是互相矛盾的，因为研究已经证明氧化物的活性和热稳定性成反比。同时，需有高的机械强度以及对燃料中所含毒素有高的耐腐蚀性。
将催化燃烧技术应用于家用热水器已基本研制成功。其催化剂是以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83.5%，超过了国家标准(η≥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(0.02%)。
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，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。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型发动机的大挑战。如果这一点能够顺利实现,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)汽油的推广生产，这种技术在21世纪具有强大的市场前景。
