催化燃烧技术应用
5.1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%)。

5.2燃气催化燃烧灶
山东莱州市东升燃具厂已成功研制出属于我国的燃气催化燃烧灶。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:一是高效节能，节能45%~ 55%以上，即一罐液化气可顶原来的两罐来烧;二是节时，使用时灶面温度高达999~ 1200℃ ，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，仅为0.006%，低于国际标准90%。

5.3催化燃烧应用在燃气轮机发电领域
美国在20世纪末最后10年里，天然气电厂以每年6000MW装机容量的速率逐年递增。随着"西气东输"世纪工程的启动，我国天然气发电领域也逐渐与世界接轨，因此对该领域中存在的应用技术问题的探索已是刻不容缓。天然气燃烧中的环境问题是由于天然气的热值较高，使得燃烧室温度高达1800℃ ，助燃空气中的N2发生高温氧化，造成NOx污染。它以催化燃烧代替传统的火焰燃烧方式,燃烧室温度被降至1500℃以下,能够有效地抑制热效应NOx生成反应的发生。工业领域对催化燃烧技术的兴趣还在于,催化剂能够稳定贫燃火焰,进行高空燃比燃烧,增大了燃料的利用率;另外，催化剂促进的无焰燃烧,产生的热流温度适中，无须冷却空气进行稀释,可直接驱动燃气轮机,从而提高热效。因此，催化燃烧应用于燃气轮机发电不仅能够降低对环境的破坏，还大大提高了燃气轮机的效率。

5.4催化燃烧应用在汽车尾气净化领域
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。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最大挑战。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)汽油的推广生产，这种技术在21世纪具有强大的市场前景。

5.5催化燃烧应用在处理有机废气领域
石油化工、油漆、电镀、印刷、涂料、轮胎制造等工业的生产过程中都涉及到有机挥发化合物的使用和排放。有害的有机挥发物通常是烃类化合物、含氧有机化合物、含氯、硫、磷及卤素有机化合物，这些挥发性有机物如不经处理直接排入大气会造成严重的环境污染。传统的有机废气净化处理方法(如吸附法、冷凝法、直接燃烧法等)均存在缺陷,如易造成二次污染等。为了克服传统有机废气处理方法的缺陷,人们采用催化燃烧方法来对有机废气进行净化处理。

催化燃烧方法是一种实用简便的有机废气净化处理技术，该技术是将有机物分子在催化剂表面作用发生深度氧化转化为无害的二氧化碳和水的方法,又称为催化完全氧化或催化深度氧化方法。一种发明为工业苯废气的催化燃烧技术，应用的是低成本的非贵金属催化剂，催化剂基本由CuO、MnO2、铜锰尖晶石、ZrO2、CeO2、锆、铈固溶体构成，可大大降低催化燃烧的反应温度，提高催化活性，还可以大幅度延长催化剂寿命。一种发明为催化燃烧催化剂，用于有机废气净化处理的催化燃烧催化剂，由块状的蜂窝陶瓷载体骨架与涂覆其上的涂层以及贵金属活性组分组成。该催化剂的涂层由Al2O3、SiO2和一种或几种碱土金属氧化物共同形成的复合氧化物组成，因而具有良好的耐高温性能，贵金属活性组分以浸渍法担载，其有效利用率高。

图5.1 废气催化燃烧设备

5.6催化燃烧在加热炉炉管烧焦上的应用
石油化工中的结焦不仅会使炉管传热系数降低、造成局部过热现象、缩短炉管寿命，而且会降低装置处理量，严重制约装置的正常运转，因此需要定期烧焦。计算机控制下蒸汽-空气在线烧焦是目前国内采用的较为先进的技术，但其存在的较大问题是烧焦时间过长。如果在石油化工装置烧焦过程中，加入一种烧焦助燃剂，就可以通过降低烧焦反应的活化能，大幅度提高烧焦反应速度，就能够在较低的温度下，达到缩短烧焦时间的目的。这一技术的研究有了一些突破性的进展。

克罗地亚的INOSd.O.O(Zagreb,Croatia)开发了一种适用于烃油加热炉炉管的催化烧焦方法。可用来取代传统的使用蒸汽+空气的炉管烧焦方法。新方法是在蒸汽中混入催化剂，使烧焦反应热大大减少,故其烧焦速度比传统热烧焦方法快3倍。由于烧焦时间大大缩短，也即减少了停工时间，因而提高了炉子开工率。所用催化剂是一种不含重金属的无毒化合物，以水溶液形式被注入通入炉管的蒸汽流中，炉温可由燃烧器控制稳定。因烧焦速度快，又不存在超温过热的危险，所以使炉管的烧焦操作很容易控制。

5.7催化燃烧在钢铁厂中降低烧结煤耗上的应用
钢铁工业是能源消耗大户，而烧结工序能耗约占钢铁生产总能耗的10%。我国1990年重点钢铁企业烧结能耗比国外烧结能耗(标煤55kg/t)高11~ 27kg/t。若按全国烧结产量1亿t及生产能耗下降2%，其节煤(焦)总量相当于一个大中型煤矿一年的产量。酒钢(集团)钢铁研究院、安徽工业大学与酒钢(集团)河西堡铁厂根据河西堡铁厂烧结用煤和烧结工艺技术特点，提出在河西堡铁厂烧结原料和技术条件下进行添加催化助燃剂强化烧结的工业性试验。此次工业性试验结果表明，往焦粉中添加焦量0.137%左右的催化助燃剂每吨烧结矿可节约焦5.35kg，即节焦约8.06%。烧结机利用系数增加3.63%，成品率提高3.44个百分点，烧结矿的质量略有改善。催化燃烧技术用于烧结生产，不仅节能效益显著，而且产出强度好、FeO含量低的烧结矿，有利于高炉生产，其技术和添加设备并不复杂，投资少，具有很好的应用价值。

展望

催化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，其技术进步都会对社会发展产生重大影响。对催化燃烧技术的研究不应只停留在理论及实验室水平上，更具有现实意义的是应该让催化剂成为一种产业走进我们的生活。

目前，催化燃烧技术的研究与应用已经进入一个快速发展的阶段，它的作用也越来越被人们所重视。例如,汽车及其他机动车中由于引入了催化燃烧技术，节省了燃料，降低了废弃物的排放，使环境污染的程度大大降低。应用在锅炉燃煤中,实现了贫燃料的燃烧过程，打破了传统火焰燃烧的可燃界限，能进一步提高燃气炉的燃烧效率和热效率。另外，催化燃烧技术也已成功应用于其他领域，例如家用燃气的催化燃烧，水泥熟料的煅烧,但进一步的深入研究仍是非常必要的，例如石油化工企业中加热炉炉管烧焦技术上的应用研究等等。可见，催化燃烧领域的应用之广，意义之大，在未来的社会发展中，它具有举足轻重的地位，对节能降耗，合理利用资源和保护环境上都具有重要的推动作用。因此，大力推进催化燃烧技术的研究工作，积极推广催化燃烧技术的应用，对社会的发展和环境的保护具有深刻积极地意义。