催化燃燒是用催化劑使廢氣中可燃物質在較低溫度下氧化分解的淨化方法。所以，催化燃燒又稱為催化化學轉化。由於催化劑加速了氧化分解的歷程，大多數碳氫化合物在300~450℃的溫度時，通過催化劑就可以氧化完全。
與熱力燃燒法相比，催化燃燒所需的輔助燃料少，能量消耗低，設備設施的體積小。但是，由於使用的催化劑的中毒、催化床層的更換和清潔費用高等問題，影響了這種方法在工業生產過程中的推廣和套用。
基本介紹
- 中文名：催化燃燒
- 外文名：catalytic combustion
- 別稱：催化化學轉化
- 催化燃燒裝置：由熱交換器、燃燒室等組成
- 催化劑構成：催化活性材料和催化載體
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催化燃燒過程
在化學反應過程中，利用催化劑降低燃燒溫度，加速有毒有害氣體完全氧化的方法，叫做催化燃燒法。由於催化劑的載體是由多孔材料製作的，具有較大的比表面積和合適的孔徑，當加熱到300~450℃的有機氣體通過催化層時，氧和有機氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上，增加了氧和有機氣體接觸碰撞的機會，提高了活性，使有機氣體與氧產生劇烈的化學反應而生成CO2和H2O，同時產生熱量，從而使得有機氣體變成無毒無害氣體。
催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應器、熱回收系統和淨化煙氣的排放煙囪等部分組成，如右圖所示。其淨化原理是：未淨化氣體在進入燃燒室以前，先經過熱交換器被預熱後送至燃燒室，在燃燒室內達到所要求的反應溫度，氧化反應在催化反應器中進行，淨化後煙氣經熱交換器釋放出部分熱量，再由煙囪排入大氣。
催化燃燒裝置設計時應考慮以下幾方面問題：
1、氣流和溫度均勻分布。要使通過催化劑表面的氣流和溫度分布均勻，並保證火焰不直接接觸催化劑表面，燃燒室必需具有足夠的長度和空間。催化燃燒裝置應具有良好的保溫效果。爐體一般用鋼結構的外殼內襯耐火材料，或用雙層夾牆結構。
2、便於清洗和更換。催化劑反應器一般應設計成裝卸方便的模屜結構，便於清洗和更換催化劑載體。
3、輔助燃料和助燃。催化燃燒一般採用天然氣作輔助燃料，也可用燃料油、電加熱等作輔助燃料。助燃一般用淨化後的氣體，如果淨化後的氣體不能作為助燃，則應引入空氣助燃。
4、較高的轉化速度。由於催化燃燒為不可逆的放熱反應，所以，無論反應進行到什麼階段，都應在儘可能高的溫度下進行，以獲得較高的轉化速度。但操作溫度往往受某些條件的限制，如催化劑的耐熱溫度、高溫材料的獲得，熱能的供應，以及是否伴有副反應等。因而實際生產中應根據實際情況恰當地選擇。
催化劑
材料和載體
催化劑是一種能改變化學反應速度，而在反應前後其本身的化學性質沒有改變的物質。催化劑通常是由催化活性材料和催化載體構成。催化活性材料一般是金屬或金屬氧化物。其中貴重金屬催化劑主要有鉑、鈀和釕等，普通金屬催化劑主要有銅、鉻、鎳、釩、錳、鐵、鈷等金屬及氧化物。催化載體是多孔材料，主要作用是使活性材料具有大的體表面積。催化載體分為金屬載體、陶瓷載體和炭纖維載體。金屬載體一般是以鎳或鎳鉻合金為載體做成的帶、片、丸、絲等形狀，通過 “電鍍”或 “化學鍍”（即溶液浸漬）將鉑、鈀鍍在這些載體上，並製成便於裝配、拆卸的模屜。以陶瓷為載體的催化劑，一般是以矽—鋁氧化物為載體，其結構有片粒狀和蜂窩狀兩種。一般在陶瓷結構上塗敷一層僅0.13mm厚的α-氧化鋁薄層，把活性的鉑、鈀等金屬催化劑以微晶狀態沉積或分散在多孔的氧化鋁薄層中，並製成便於裝配、拆卸的模屜。炭纖維載體可製作成線狀、氈狀、網狀等形狀，在載體上塗敷催化活性材料，製成便於裝配、拆卸的模屜。
性能要求
催化劑是催化燃燒法的核心，一種好的催化劑必須具備催化活性高、熱穩定性好、強度高、壽命長等特性。
1、活性高。催化劑的活性好壞直接影響催化燃燒的化學轉化率。而轉化率不僅與催化活性材料自身的活性有關，而且與催化載體的物理形狀有著直接關係。所以，在選擇適應的催化活性材料的同時，還必須考慮催化載體的物理形狀，保證催化劑有較高的活性，達到催化燃燒淨化的目的。
2、熱穩定性好。由於廢氣的溫度隨時變化，如果催化劑不能適應一定範圍內的溫度變化，催化劑的性能就會下降，淨化效率就會降低。因此，催化劑必須具備適應一定範圍內的溫度變化。
3、強度高。在催化燃燒過程中，催化劑往往會因高溫、振動和氣流等因素的作用，使催化劑產生破裂和磨損，破裂和磨損會造成催化劑的活性降低，增加催化劑床層的壓降，影響淨化效果。
4、壽命長。催化活性材料大都比較昂貴，所以，設計時選用催化劑時應儘量使用壽命較長的催化劑。
催化燃燒套用
催化燃燒適用於含有可燃氣體、蒸氣等有毒有害氣體的淨化，但對於含有大量塵粒、霧滴等有毒有害氣體，容易引起催化床層的堵塞，使催化活性下降，從而降低淨化效率。催化燃燒淨化方法，幾乎適用於所有排放烴類或有臭味化合物的工業生產過程。
