五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】油品与节能:《液体燃料的性质及应用》读书心得 -- autoeagle

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家园 还是有不少问题

不是你的专业了,不需要了解太多,不过也不要想象太多。

尾气处理催化剂是利用高比表面积的金属颗粒,离子或者氧化物颗粒,作为氧化还原反应的催化物质

这个说法比较奇怪,不过还说得过去,没什么大错误。我不清楚你理解的离子是什么样子的,本质上只要是带价态的固体金属盐或者氧化物都是离子,不过如果是氧化物的话,一般不这么说。虽然在催化剂制备的时候金属是以离子形式进入催化剂的,但是在经过后处理过程之后,一般都是氧化物形式了。

催化装置的设计,就是将这些高比表面积的物质分散在一定支撑或填充结构中,并防止催化剂团聚(这个应该称为老化吧),或者与其他物质发生反应(中毒)

老化这个词不用在这里。老化是在催化剂制备过程中的一个必须过程,对于形成催化剂本身的支撑结构起很重要的作用,而不是催化剂成型以后的变化。催化剂成型以后,除非有特殊工艺要求,也就是活化,最好就不要变了。防止中毒和催化剂的装填没啥关系。只要有可中毒的东西,催化剂分散的越好,越容易中毒。

这些催化剂可以使某些反应动力学可行,但反应速率过慢的反应,或者中间势垒过大的反应进行下去,其初始反应温度确实可大大低于原反应能进行下去的必须温度。

这么描述也不算错,不过有一些过时了。现代的催化看重的除了调整所需要的反应的速度,降低一些反应温度,更重要的是选择性。某个条件下可能发生的反应会有很多,速度各有快慢,优秀的催化剂就可能尽可能的抑制不需要的反应,控制所需要的反应的速度。

而金属离子添加剂,其有效物质往往也是这些高比表面积的金属颗粒,离子或者氧化物颗粒,但是这些物质是一次性使用,只需要在燃烧的某些阶段燃烧室内合乎要求即可,分散问题,中毒问题,老化问题都不用考虑。但与尾气处理相比,整个化学反应的参与组分是一致的。

这就是你要往燃烧室里面加入的东西了。咱先不说燃烧室里面加入固体本身有没有问题,相关顾虑我前面说过了。这个问题解决不了,这项技术就没有推广价值。

现在只说这个催化剂。既然是一次使用,燃烧的过程又非常短暂,那么的确可以忽略一些问题。不过你要保证有效,需要确保催化剂在所需要空间内的分布合理,确保存在一个可以进行催化作用的空间。催化剂可以进行有效作用的条件实际上也是比较苛刻的,对于温度,压力,气体环境,都有要求。这样,可能催化剂能够起作用的空间只有很小的范围,那么,你的大部分催化剂都浪费掉了。解决方法,就是尽可能在燃烧条件下能够有催化作用。目前商业上使用的尾气催化剂,使用环境距离燃烧的环境实在太远。你需要重新设计催化剂。

而在燃烧这样的恶劣条件下,催化剂本身的失活也是很快的,包括活性物质改变,结构改变,你还要保证在催化剂起作用之前,不经过这些改变。最好的方法仍然是在催化剂使用前在使用环境类似的条件下成形,而不是听任其失效。这也涉及到催化剂的重新设计。高温成形以后,孔道结构,活性物质颗粒都完全不一样了。同样,你还是需要重新设计催化剂。

另外,燃烧室内和尾气中的反应也不一样。催化剂的应用不能脱离其所需要的环境。在强氧化环境内,一氧化碳和烃的进一步氧化,你可能有办法提高,但是氮氧化物的分解,在强氧化环境内是很难实现的。

另外还有一个你的固体添加的量的问题。催化反应都需要一定的空速,确保气体充分和催化剂接触。由于燃烧的时间很短,那么你的固体添加量小了,基本上不会起到什么催化作用,绝大多数的气体根本就不会和催化剂进行接触。而要保证适当的空速,就需要增加固体的量。这时候就需要考虑成本了。

这应该是一个没有什么前途的方向。

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