催化燃烧的原理

2000年第20卷第3期刘忠生9等,催化燃烧处理有机废气及催化剂中毒的防止催化燃烧处理有机废气及催化剂中毒的防止

刘忠生9陈玉香9林大泉9李东旭9李花伊

(中国石化集团公司抚顺石油化工研究院9辽宁抚顺113001)

[摘要]研究了在Pt Pd Ce多组分蜂窝状催化剂上乙醇 环己烷和苯的氧化性能及水蒸气对催化剂活性的影响9探讨了如何防止硫化氢和甲硫醇引起的催化剂中毒 [关键词]有机废气S催化燃烧S催化剂中毒S水蒸气S甲硫醇S预脱硫[中图分类号]X783

[文献标识码]A

[文章编号]1006-1878(2000)03-0027-04

大气中污染物达到一定浓度就会对人 动物 植物造成危害9导致金属及其他材料的腐蚀和损坏9并影响气候 我国<大气污染物综合排放标准>(GB16297-1996)中9对废气中的33种有害物质限制排放9其中16种是有机化合物

处理有机废气的方法有吸收 吸附 冷凝 生物降解 直接燃烧 热力燃烧和催化燃烧等9如何选用取决于有机污染物的性质 浓度 净化要求和经济性等因素

催化燃烧法处理可燃废气广泛用于石油化工 农药 化学试剂 印刷 油漆喷涂 电线加工等工厂和汽车尾气处理9废气组分包括烷烃 芳烃 烯烃和碳氢氧化合物等 在石油化工厂的应

一、项目概况

1、概述 废气量：500m3/h

废气浓度：500～3000mg/m3

二、设计原则及设计依据

1、设计原则

1）、采用高效、运行稳定、管理方便的成熟处理工艺以及技术；

2）、考虑企业具体情况，力求有机废气处理设施在达标排放的前提下减少投资，管理操作上力求灵活方便，运行费用低；

3）、执行国家关于环境保护的政策、法规和规范，符合国家污染物排放标准。 2、设计依据

1）、《大气污染物综合排放标准》（GB16297－1996）； 2）、《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2002）；

3）、《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2-2002）； 4）、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019—2003）； 3、污染物排放标准摘录

废气排放标准执行：GB16297-1996二级排放标准。

三、工艺设计

1）、工艺选择

根据甲方提供的要求，采用催化燃烧工艺，设备风量由需方确定。 2）、工艺概述

催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。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

① 对所有可燃气体的响应有广谱性，在空气中对可燃气体爆炸下限浓度（%lel）以下的含量，其输出信号接近线性（60%lel以下线性度更好）; ② 对非可燃气体没有反应，只对可燃气有反应，无干扰; ③ 气体传感器结构简单

④不受水蒸气影响，对环境的温湿度影响不敏感，适于野外使用。 但是，它也有一些缺点：

① 工作温度高，一般元件表面温度200℃～300℃ ，内部可达700℃～800℃，传感器不能做成本安型结构，只能做成隔爆型;

② 工作电流较大，国内产品100ma，国外产品200 ma ～300 ma，电流功耗大，不易做成总线连接;

③ 元件易受硫化物、卤素化合物等中毒影响，降低使用寿命; ④ 在缺氧环境下检测指示值误差较大。

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锅 炉 燃 烧 原 理

副标题：如何提高锅炉燃烧效率

一、基本概念

1.1.自由射流

流体经小孔、缝隙或管子等的引导，射入较大流体空间的流动现象，如烟气经烟囱排入大气就是射流。射流进入静止的与之互溶的流体中，这种射流称为自由射流，是射流最简单的情况。自由射流遵守动量守恒原理。

1.2.配风

燃烧设计。早期手烧炉的固定炉排到工业锅炉链条炉排是一次飞跃，它减少人工体力劳动。悬浮燃烧是燃烧设计的又一次革命，它摆脱了链条炉排较大煤块的原煤燃烧面积不足以及氧分子扩散速度慢的问题，燃烧强度大幅度提高。悬浮燃烧主要种类有煤粉悬浮燃烧、油气悬浮燃烧、沸腾炉或流化床锅炉悬浮燃烧。煤粉悬浮燃烧是工业锅炉和电力锅炉主要燃烧方式。按燃烧器出口气流的特性，出口气流为直接射流的称为直流燃烧器，出口气流含有旋转射流的称为旋流燃烧器。也有按火焰种类分的，如两侧墙交叉射流W型火焰，旋转切圆火焰，对冲式火焰三种等。

逆时针旋转切圆悬浮燃烧是国内多数工业和电力锅炉的燃烧方式。直流燃烧器配风（指二次风热空气，370℃左右），有均等配风、分级配风和特殊配风等方式。

所谓均等配风，是从上到下，每个角的一次风粉相间布臵入二次风，这种布臵方法适合早期燃烧速度较快的煤种如烟煤褐煤，

第一章 催化剂与催化作用基本知识

1．催化剂的定义及催化剂的催化作用包含哪三个方面？ 2．催化反应的分类？ 3．催化剂分类并举例。 4．固体催化剂的组成。 5．载体的作用。

6．催化剂的反应性能及表示方法。

7．催化剂要具备哪些性能才能满足工业生产的要求？ 8．多相催化反应主要包括哪七步？ 9．简单阐述外扩散和内扩散的定义。

10. 催化剂的稳定性的定义及包含哪几个方面。

第二章 催化剂的表面吸附与孔扩散

1．简述吸附现象；吸附及脱附过程的定义。

2．物理吸附及化学吸附的内涵及它们之间的特性区别。 3．化学吸附的类型。 4．解释缔合吸附并举例说明。

5．催化剂的吸附等温线可分为哪几种类型？从曲线的形状可对催化剂的性质获得哪些了解？

6．将经过活化的硅胶（粒度为40目~120目）分别采用氦和汞的置换体积来测定真密度和假密度。实验数据如下：硅胶质量为101.5 g ，氦置换体积为45.1mL，汞置换体积为82.7mL。已知硅胶比表面积为400m2·g-1，试计算：（1）硅胶的真密度和假密度；（2）硅胶的比孔容；（3）硅胶的孔隙率；（4）硅胶的平均孔径。

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

1．试述B酸与L酸的本质区别及SHAB原则。

《催化原理》习题（一）

第一章

一、填空题

a) 本世纪初， 合成 NH3 ， HNO3 ， H2SO4催化剂的研制成功为近代无机化学工业的发展奠定了基础。 催化裂化 ， 催化加氢裂化 ， 催化重整催化剂的研制成功促进了石油化工的发展。

b) 随着科学的进步， 所研制的催化剂活性的提高和寿命的延长， 为化工

工艺上降低 反应温度、压力 ， 缩短流程 ， 简化 反应装置 提供了有力的条件。

四. 回答题

1. 简单叙述催化理论的发展过程。

答：从一开始，催化剂的应用就走在其理论的前面。

1925年，Taylor的活性中心学说为现代催化理论的奠定了基础。 在以后的20多年中，以均相反应为基础，形成了中间化合物理论。 50年代，以固体能带模型为弎，又形成了催化电子 理论。

60年以后，以均相配位催化为研究对象，又形成表面分子模型理论。 由此，催化理论逐渐发展起来。

2. 哪几种反应可以在没有催化剂的情况下进行，在此基础上分析催化作用的本质是什么。 答：（1）下列反应可在没有催化剂时迅速进行：

a) 纯粹离子间的反应 b) 与自由基有关的反应

c) 极性大或配们性强的物质间的反应 d) 提供充分能量的高温反应

（2）在含有稳定化合

第一章

1.催化反应的三个特征 2.催化反应三种分类 催化剂两种分类

3.固体催化剂四种组成

助催化剂四种结构和载体的五种作用 催化剂的微观结构

4.催化反应性能的三个标准 5.多相催化反应的七个步骤 第二章

物理吸附和化学吸附的区别 物理吸附和化学吸附位能曲线 解离吸附和谛合吸附的概念

化学吸附态（H2,O2,CO,烯烃，炔烃） 吸附等温线（五种）

Langmuir吸附等温方程推导（单分子，多分子） BET方程推导催化剂比表面 测定比表面的方法（N2吸附）

催化剂密度（真密度，假密度，比孔容，孔隙率， 平均孔半径，孔径分布） 扩散（Kundsen扩散） 第三章

3.1酸碱催化剂的应用和分类（了解） 3.2酸碱定义及酸碱中心的形成 L酸和B酸定义；

单元氧化物L酸吸水转化为B酸

Tababe二元氧化物酸中心形成机理（Ti6Si4) 3.3固体酸性质及其测定

H0的定义（H0=pKa+log(CB/CBH+） TPD法和IR法测定酸中心 固体超强酸（H0<-10.6)

3.4 酸碱催化作用及其催化机理 特殊酸碱催化（反应的速控步） Bronsted规则ka=GaKaα 碳正离子的形成和反应规律 酸中心类型与活性选择性的关系 3.5

工业催化原理

第四章 金属催化剂及其催化作用

1、金属催化剂的应用及其特性

1）金属催化剂的应用

金属催化剂：指催化剂的活性组分是纯金属或者合金

纯金属催化剂：指活性组分只由一种金属原子组成，这种催化剂可单独使用，也可负载在载体上

合金催化剂：指活性组分由两种或两种以上金属原子组成

2）金属催化剂的特性

常用的金属催化剂的元素是d区元素，即过渡元素（ⅠB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ族元素）

金属催化剂可提供的各种各样的高密度吸附反应中心

2、金属催化剂的化学吸附

1）金属的电子组态与气体吸附能力间的关系

（1）金属催化剂化学吸附能力取决于金属和气体分子的化学性质，结构及吸附条件

（2）具有未结合d电子的金属催化剂容易产生化学吸附

（3）价键理论：不同过渡金属元素的未结合d电子数不同，他们产生化学吸附的能力不同，其催化性能也不同

（4）配位场理论：金属表面原子核体相原子不同，裸露的表面原子与周围配位的原子数比体相中少，表面原子

处于配位价键不饱和状态，他可以利用配位不饱和的杂化轨道与被吸附分子产生化学吸附。

（5）吸附条件对进水催化剂的吸附的影响：

低温有利于物理吸附，高温有利于化学吸附

高压有利于物理吸附，也有利于化学吸附

2）金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系

（1）金属催化剂的电子逸出功

燃烧器燃烧机火焰检测器原理

燃烧器火焰检测器有很多品牌,目前利用辐射光能原理的燃烧器火焰检测器是使用最广泛，也是较行之有效的燃烧器火焰检测方法。辐射光能强度检测的原理是用探头接收火焰发出的辐射，按照其强度的大小判断火焰的存在与否。由于检测波段的不同，可以分为紫外线、可见光、红外线及全辐射火焰检测。

火焰探测信号来自紫外线探测器和烟雾探测器。火焰探测器有三个独立的探测管，用于探测波长为180—260埃的紫外线辐射。当火焰的辐射作用到探测管之一的阴极时，电子束放射出来。电子束作用到充满探测管的电离气体，从而发射出更多的电子，产生出雪崩条件。更多的电子释放出来，在阴极和阳极之间产生一个瞬时电子流。这个瞬时电子流(脉冲)与紫外线辐射强度成比例的速率重复发生。脉冲的频率在探测器内被换成电压并传输给控制器。

紫外、红外探头分别探测不同部分的光谱，只有当2个探头同时探测到相应的光谱时，紫外、红外探头才会有输出，这样就避免了单独使用紫外或红外探头由某些原因(如闪电、电弧焊等)所引起的误报警。该火焰探头有两个继电器输出，其故障继电器的常闭点与终端电阻串接，并连在火焰继电器的常开点上。当探头有故障发生时，故障继电器动作，产生一故障(开路)信号。当探测到火焰时，火焰继电

第六章 半导体催化剂的催化作用及光催化

原理

? 本章主要内容：

? 半导体的能带结构及其催化活性

? 从能带结构出发，讨论催化剂的导电性能、逸出功与催化活性的关

系

? 半导体多相光催化原理

金属氧化物与金属硫化物催化剂概述

过渡金属氧化物与过渡金属硫化物有许多相似之处，多为半导体型化合物。

作为氧化用的过渡金属氧化物催化剂主要催化反应类型是烃类的选择性氧化和NOx的还原等；

作为催化剂的多为过渡金属硫化物，如Mo、W、Ni、Co、Fe等的金属硫化物具有加氢、异构、氢解等催化活性，用于油品的加氢精制；加氢脱硫(HDS)、加氢脱氮(HDN)、加氢脱金属(HDM)等过程。

半导体的能带结构及其催化活性

过渡金属氧化物、硫化物(半导体)催化剂

过渡金属氧化物、硫化物催化剂多属半导体类型，本章用半导体能带理论来说明这类催化剂的催化特性。将半导体的导电性能、电子逸出功与催化活性相关联，解释解释这类催化剂的催化作用。 固体的能带结构

原子核周围的电子是按能级排列的。例如1S，2S，2P，3S，3P……内层电子处于较低能级，外层电子处于较高能级。

固体是由许多原子组成的，固体中许多原子的电子轨道发生重叠，其中外层电子轨道重叠最多。由于这种重叠作用，电子不