Fűtőanyagok katalizált elégetése és alkalmazásának módjai

Energiatermelés, -átalakítás, -szállítás és -szolgáltatás

BME OMIKK

ENERGIAELLÁTÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG VILÁGSZERTE 45. k. 5. sz. 2006. p. 32–42.


Fűtőanyagok katalizált elégetése és alkalmazásának módjai A fűtőanyagok láng keletkezése melletti elégetésének egyetlen alternatívája a katalizált égetés (vagy mélyreható oxidálás). A katalizátor kémiai reakciót vált ki, vagy megváltoztatja annak sebességét. Összeállításunk e témakör rendszerezett, módszertani kérdéseket is tárgyaló elemzését célozza, a gyakorlati alkalmazás feltételeit is számba véve.

Tárgyszavak: katalizált égés; lángmentes égetés; katalizált égető erőmű.

A fűtőanyagok láng keletkezése melletti elége-

kímélő módon működőképes energiatermelő

tésének egyetlen alternatívája a katalizált ége-

egységek piacképes fejlesztése is előtérbe

tés (vagy mélyreható oxidálás). A katalizátor

került.

kémiai reakciót vált ki, vagy megváltoztatja annak sebességét. Bár e módszerrel kapcsolat-

Bár az új típusú berendezések károsanyag-

ban Oroszországban (pontosabban akkor a

kibocsátása alig haladja meg az adott vegyüle-

Szovjetunióban) már 1937–39-ben végeztek

tek környezeti háttérkoncentrációját, alkalma-

vizsgálatokat, a fűtőanyagok alacsony ára és

zási területeiket viszonylag kis kapacitásuk

az ökológiai problémák akkori kis jelentősé-

(legfeljebb 10–30 MW) korlátozza. Inkább

ge miatt azonban csak a 80’-as évek elejétől

kisebb, különálló lakónegyedek, települések,

fordítottak rá ismét figyelmet. Különösen fel-

épületek és ipari létesítmények energiaellátá-

erősödött ez azóta, hogy a decentralizált hő-

sában, illetve az energetikai rendszerek re-

szolgáltatás, illetve az önállóan és környezet-

konstrukciójához kapcsolódva lehet előnyösen 32


alkalmazni ezeket. Moszkvában például több

torok figyelemre méltó jellemzője, hogy fel-

mint 100 kisebb, egyes körzeteket ellátó ka-

adatukat – például a szervezet energiaellátását

zánház működik, amelyeket ki lehetne cserélni

– viszonylag kis hőmérsékletváltozás (∆T)

katalitikus reakcióval működő berendezésekre

mellett látják el. A madarak legmagasabb test-

– számukra tehát Oroszországban különösen

hőmérséklete például legfeljebb +42,5 °C,

bőven áll rendelkezésre piac. Miután e témá-

miközben növényi eredetű táplálékuk mecha-

ban rendszerezett, módszertani kérdéseket is

nikai energiává alakításának hatásfoka körül-

tárgyaló közlemények jelenleg meglehetősen

belül 30%.

szűkösen állnak rendelkezésre, jelen tanulA fentieket a katalizátoros energiatermelő egy-

mány most erre vállalkozik.

ségekre alkalmazva megállapítható, hogy hatékony

A katalizált égés jellemzői

működésükhöz

kiterjedt

hőelnye-

lő/sugárzó felületre, például bonyolult csőrendszerekre van szükség. Mindeközben bizto-

A jelenleg ismeretes, az égésre hatást gyakoro-

sítani kell a füstgázok eltávozását is (amely

ló több mint 2000 katalizátornak van néhány

funkciót a biológiai rendszerekben a kiválasz-

közös jellemzője: hatásuk csak meghatározott

tás látja el), ezért a hősugárzó és a hőelnyelő

fűtőanyagokra érvényesül, elősegítik az adott

felületek között bizonyos szabad térre van

kémiai reakciót, befolyásuk csak meghatáro-

szükség. Mivel az égést katalizáló anyagok

zott

érvényesül,

legfeljebb 900 °C-ig hatásosak, az égőfejes

bizonyos anyagok (katalizátor-mérgek) semle-

kazánokra jellemző 1200 °C-os hőmérséklet-

gesítik az általuk kifejtett katalizátor-hatást, ez

ről itt nem lehet szó. Az ilyen kazánok bel-

utóbbi nagy reakciófelület esetén hatékony.

ső terének nagy hőenergia-sűrűségét (qν) ezért

Mindezek az élő szervezetek esetében szintén

a katalizált reakciófelület megnövelésével érik

jellemzőek – gondoljunk a meghatározott ét-

el, így itt nem is kazánról, sokkal inkább

rendre, az állandó hőmérsékletre, a hő haszno-

reaktorról van szó. Mindez lehetővé teszi,

sítására és egyes anyagok mérgező hatásaira.

hogy a hőcserélő közeget standard állapot-

Az erjedés és az oxidáció folyamatainak kata-

ban, például 40 bar nyomáson és 440 °C-on

lízise ezért sok tekintetben közös jegyekkel

tarthassák.

hőmérséklet-tartományban

jellemezhető. A katalizátorok ugyan részt vesznek a reakcióban, de nem szerepelnek

Mindezen megfontolások együttes figyelem-

annak termékei között. A biológiai katalizá-

bevételével megállapítható, hogy katalitikus 33


katalitikus üzemű erőművek

rögzített (fix) katalizátor-ágyas

cseppfolyós fűtőanyag

fluid ágyas katalizálás

gáznemű fűtőanyag

kamrás fűtőanyag-elpárologtató

gáznemű, cseppfolyós és szilárd fűtőanyag

fűtőanyag-befúvatás

elkülönült fűtőanyag-adagolás

a katalitikus kazánok típusai

forró vizes kazánok

gőzgenerátorok (gőzkazánok)

a fogyasztók hőellátása

ipari alkalmazások

települési alkalmazások

kapcsolt hő- és áramtermelés (CTPP)

1. ábra A katalitikus üzemű erőművek osztályozása

Az egyes katalitikus üzemű erőműtípusok előnyei és hátrányai

fűtőberendezésekben akár 98–99%-os termikus hatásfok is elérhető. Feltételezhető tehát, hogy az eljárás környezettisztasága, autonóm működőképessége, valamint az általa haszno-

A fluid ágyas és a rögzített katalizátorral mű-

sítható gyengébb minőségű fűtőanyagok miatt

ködő erőművek között a fűtőanyag oxidálásá-

a XXI. században ugyanolyan gyors elterjedés-

nak dinamikájában van a legnagyobb eltérés.

re számíthat, mint amilyen fejlődési pályát a

Fluid ágyas berendezésekre a kinetikus üzem-

robbanómotoros gépkocsik tettek meg a XX.

mód és a katalizátorszemcsék külső felületén

században. Ami a katalitikus üzemű erőművek

lejátszódó oxidáció a jellemző. Az ágyban

osztályozását (1. ábra) illeti, két nagy csoport-

található szemcsék kaotikus mozgása folyama-

ba sorolhatók: stacionárius (rögzített) katalizá-

tos cirkulációt tesz lehetővé az aktív zónában a

tor-réteggel, illetve fluid ágyas katalizátorral

kazánban lévő katalizátor számára. A szem-

működőekre.

csék állandóan ütköznek és kölcsönösen súr-

34


lódnak egymással, ami még szennyezett fűtő-

Mindemellett számolni kell az ágy számottevő

anyag esetében is tisztán tartja azok aktív felü-

aerodinamikai ellenállásával is – 100 mm vas-

letét. A fluid ágyas kazánok ezért stabilabban

tag, 1–1,5 mm átmérőjű részecskékből álló ka-

viselkednek az esetleg bekerülő katalizátormér-

talizátor fedőréteg kialakításához például a ka-

gekkel szemben, mivel az ágyban keletkező

talizátor szemcseméretétől és sebességétől füg-

buborékok hullámzó és rezgő mozgása jó keve-

gően 60–120 mm vízoszlopénak megfelelő

redést eredményez a reagensek számára. Az

nyomáskülönbségre van szükség. Végezetül

intenzív keveredésnek köszönhetően javul a hőt

pedig a fluid ágyas kazánokban a fokozatosan

elvezető csövek felé irányuló hőátvitel, a be-

fogyó katalizátort manuálisan vagy gépi úton

rendezésben cseppfolyós és szilárd fűtőanyagok

folyamatosan pótolni szükséges. Egy 1 MW-os

is elégethetők. Az utóbbi esetben a kazánt fel

forróvizes kazán esetében például a fűtési

kell szerelni a fűtőanyagot daraboló és szállító

idényben napi 2–10 kg katalizátor utántöltésére

mechanizmusokkal, a katalizátort a hamutól

lehet szükség. Mindeközben a katalizátor anya-

elválasztó készülékkel, valamint a keletkező

ga koptatja magát az adott csővezetéket is, nem

hamu és zagy kezelésére alkalmas eljárással is.

beszélve arról, hogy a ciklonból kikerülő elporlott katalizátort tárolni és kezeltetni is kell, ami

A fluid ágyas berendezéseknek azonban lé-

növeli az üzemeltetés kézimunka-igényességét.

nyeges hátrányaik is vannak a fixágyas megoldáshoz képest. Mindenekelőtt az, hogy a

A fix katalizátorágyas kazánok technológiája

fluid ágyban egymással óhatatlanul súrlódó

mentes az említett hátrányoktól, ebben az eset-

szemcsék a katalizátor egy részét elporlasztják,

ben a szénhidrogének elégetésének mértéke,

és e por bejuthat a gázrendszerbe is. Bár a por

illetve a nem tökéletes égés jelent elsősorban

nagy része ciklonnal leválasztható, az 1 mik-

problémát. Emellett meglehetősen bonyolult a

ron körüli méretű részecskék ezen is átjutnak,

katalizátor-ágy cseréje is, amikor a rendszerbe

ezért a füstgázok után megfelelő porleválasztót

katalizátorméreg kerül, vagy kopás és meghibá-

is be kell iktatni, ami költségesebbé teheti a

sodás miatti javításra van szükség. Komoly ve-

berendezést. Másodsorban gondot okoz a fluid

szélyt jelent a kazán felrobbanásának lehetősége

ágyra jellemző hidrodinamikai instabilitás is,

is, amire a réteg felületének megrepedezése és

mivel a gáz könnyen magával ragadhatja a

lokális kiégése esetén kerülhet sor. A fix katali-

katalizátort, és az távozhat a berendezésből.

zátor-ágyas kazánok legnagyobb hátránya azon-

Emiatt igen érzékeny, nehezen karbantartható

ban az, hogy bennük csak gázfázisú fűtőanya-

nyomásszabályozó rendszerekre van szükség.

gok égethetők. Jelentős megszorításokkal hasz35


nálni lehet tisztított kőolajat is, de ez a fűtő-

vek és más speciális létesítmények jelentenek.

anyag túl költséges. A szennyezőanyagok isza-

Moszkvában még ennél is szigorúbb a szabá-

posodást és katalizátormérgezést okozhatnak.

lyozás: a maximumok p = 14 bar és t = 180 °C. Az e határokat meghaladó paraméterekkel

Megkülönböztethetők tehát a katalizátoros

üzemelő gőzkazánokat csak külön hatósági

égetést alkalmazó kazánok a felhasznált fűtő-

engedéllyel

anyagok szerint is. Fix ágyas berendezésekben

egyébként ipari célokra (pl. betonkeverés,

a gáznemű fűtőanyagok együtt, összekevered-

élelmiszeripar, a Zil Autógyárban), kommuná-

ve haladnak át az égéstéren, míg fluid ágy ese-

lis ellátórendszerekben (pl. lakónegyedekben),

tén a reagensek külön-külön is bejuttathatók.

illetve kapcsolt hőt is termelő katalitikus üze-

Ha fluid ágyas kazánban folyékony fűtőanya-

mű villamos erőműveknél is alkalmazhatók.

lehet

telepíteni.

Gőzkazánok

got használnak fel, külön elpárologtató készüA katalizált reakciókra alapozott berendezések

lék beállítására van szükség.

esetében általános követelmény, hogy a megTovábbi tipizálási szempont lehet a kazán fel-

felelő reakcióparamétereket a tervezők még az

használási területe. A forróvizes berendezéseket

erőmű részletes megtervezését megelőzően

a fogyasztók – a lakóházakon kívül melegházak

tisztázzák. A háztartási fűtő- és főzőkészülé-

és más mezőgazdasági objektumok, raktárak

keket, kiskazánokat ugyanis a katalizátoros

stb. – hőszükségleteinek forró víz általi fedezé-

technológiára jellemző diffúziós égési mecha-

sére alkalmazzák. A víz hőmérséklete általában

nizmushoz kell igazítani. Ilyenkor nincs szük-

95/70 °C vagy 105/70 °C, de esetenként előfor-

ség nagyméretű szellőző ventilátorokra, sőt

dul +115 °C-os „közvetlen” vízfűtés is. Ezt

azok esetenként a kéményhatásra támaszkodva

olyankor alkalmazzák, amikor a rendszer gya-

el is nagyhatók a rendszerből, ami egyszerűbb

korlatilag nem érintkezik a külső környezettel,

és helytakarékosabb berendezéseket eredmé-

és a fogyasztó közvetlen közelében, vagy éppen

nyezhet. Ipari aggregátok tervezésénél viszont

a pincében/padláson működik.

tanácsosabb kinetikus oxidációs mechanizmust alkalmazni, mivel így nagyobb fajlagos hőtar-

A gőzgenerátorok már veszélyesebbek a forró

talom és erőművi kapacitás érhető el. Kineti-

vizes kazánoknál, ezért például az oroszorszá-

kus folyamat esetén viszont nagyobb mennyi-

gi egészségügyi előírások nem engednek meg

ségben kell elvezetni a reakciótérből a hőt,

a gőzparaméterekre p ≥ 40 kg/cm2, illetve

ellenkező esetben túlhevülhet, sőt meg is ol-

t ≥ 200 °C értékeket, kivételt csak a hőerőmű-

vadhat a katalizátor. 36


A folyamat energetikai diagramja és hőmérsékleti korlátai

meggyújtása) vagy elektromosság (szikra) segítségével is előállítható. Kazánokban erre a célra gyújtólángot – kis mennyiségű földgázt – alkalmaznak.

A reagensek entalpiájának kiindulási szintjét hI-el jelölve a füstgázba kerülő megfelelő termékek esetében ez az érték hII lesz – különb-

Kvantummechanikai megközelítésben a kí-

ségük pedig a reakció (pl. metán elégetése)

vülről közölt energiának el kell szakítania a

pozitív termikus hatásának mértékét adja:

molekulákon belüli kémiai kötéseket „X” és „Y” vegyület között, hogy egy „Z” új reak-

Qr = hI - hII > 0

ciótermék képződhessen. Lehetséges a fordí-

(1)

tott irányú átalakulás is, a II. állapotból az A rendszer első (I.) állapotából a másodikba

I.-be, azonban ehhez nagyobb energiaküszöb

(II.) kerüléséhez, a lánggal égéshez azonban

(Uf–hII) áthidalására van szükség. Amennyi-

bizonyos potenciális energiaküszöb (Uf) le-

ben az ellentétes irányú reakció W” sebessége

küzdésére, kívülről bejuttatott aktivációs ener-

zérushoz közelít, úgy a végső reakciósebesség

giára (E = Uf–hI) van szükség (2. ábra). E hő-

az eredeti irányú reakció sebessége, W→W’

mennyiség mechanikus súrlódás (egy gyufa

lesz.

U Uf

égés nyílt lánggal E

Uc Eo

katalizált reakció

hI

hII

kρo

2. ábra Fűtőanyagok lánggal és anélkül (katalizátorral) lezajló oxidálásának energetikai diagramja

37


Mivel ezek a megfontolások egyetlen elemi

mechanikus és az elektromos hatásfokot is be-

reakcióra vonatkoznak, egy mól fűtőanyagra

számítva a ténylegesen elérhető általános hatás-

számítva a megfelelő küszöbérték

fok nem haladja meg itt a 30%-ot. Végezetül figyelembe kell venni azt is, hogy nyílt láng

E = NA (Uf –hI),

hiányában megnő az ilyen készülékek üzembiz26

ahol NA = 6,02 x 10 – az Avogadro-szám (2)

tonsága is. Ha viszont a fűtőanyagba kezelése vagy szállítása során akár kis mennyiségben is

Katalitikus reakcióknál sokkal nehezebbnek

a katalizátor működését gátló szennyezőanya-

tűnik az energiaküszöb leküzdése, amihez vál-

gok („mérgek”) kerülnek, a katalizátor aktivitá-

takozó csúcsértékek elérésére van szükség. A

sa jelentős mértékben lecsökken. Az üzem-

legmagasabb érték Eo, amely megfelel a fűtő-

anyagok oktánszámának növelésére hozzáadott

anyag gyors oxidációja beindításához szüksé-

ólomtetraetil például katasztrofális mértékben

ges energiamennyiségnek: Eo = NA (Uk- hI), Eo≤E

lerontja a katalizátor működését. Szervetlen szennyező anyagok esetében e káros hatás kon-

(3)

centrációjuk arányában lineárisan változik (ld. a

Az energiaküszöböt Uf-ről Uk-ra csökkentve az

3. ábrát). A katalizátormérgek hatása erősen

égés alacsonyabb hőmérsékleten, akár 300 °C-

szelektív – egyeseknél például a kén katasztro-

on is megvalósítható. Minél aktívabb ugyanis

fális hatású, mások működését viszont nem

a katalizátor, annál kisebb az energiaküszöb

rontja le számottevő mértékben.

(Uk), lánggal való égésnél viszont Uf csökkentésére nincs lehetőség, ezért a folyamat leg-

Felmerülhet a kérdés, hogy milyen hőmér-

alább +1100 °C-ot igényel, ennél alacsonyabb

séklet-tartományban lehet katalizátorokat al-

hőmérséklet esetében az égés megszakad.

kalmazni, és adott hőmérsékleten, például +700 °C-on mennyi időre van szükség a fűtő-

Az alacsony hőmérsékleten zajló katalitikus

anyag-részecskék teljes oxidálásához. E kér-

oxidáció egyik előnye, hogy a katalizátor és a

désre válasz a katalizátor jellegének, illetve a

felhevített csőkemence a hőátadó egységgel egy

Mengyelejev-féle periódusos rendszerben való

szerkezeti elembe foglalható. A kimutatható

elhelyezkedésének ismeretében adható. Katali-

mennyiségű nitrogén-oxid keletkezésének ki-

zátorként itt általában átmeneti elemek vagy

küszöbölése mellett további pozitívum a ki-

oxidjaik használatosak. Néhány katalizátorra

emelkedően magas, 98–99%-os termikus hatás-

vonatkozóan aktivitásukat illetően a következő

fok is. Ugyanakkor, mint később látható lesz, a

rangsor állítható össze: 38


Pt(III)>Ir>Co>Cr>La>Ni>Cu>Al2O3>SiO2

A katalitikus berendezésekben a fűtőanyag elégetésének teljes időtartama az alábbi öszszegből adódik:

Az ebben a listában szereplő kémiai elemek által alkotott vegyületek itt nem szerepelnek.

τΣ = τmix + τh + τx + τdecomp

Számos katalizátor esetében egyébként alkal-

(4)

mazásuk hőmérsékleti korlátait kísérleti úton határozzák meg, összetételüket pedig a gyártók

ahol τmix a keveredési, τh a felmelegedési, τx a

rendszerint titokban tartják. Ismeretes például,

kémiai reakció, τdecomp pedig a pirolitikus bom-

hogy iridium-alapú katalizátorok +350 °C fö-

láshoz szükséges idő.

lött nem használhatók, ruténium és lantán esetében pedig 400 °C ez a határ. A fenti listá-

Katalizált reakcióknál a kémiai reakció a követ-

ból a legmagasabb üzemi hőmérsékletű katali-

kező három fázisból adódik: adszorpció (a mo-

zátorok közé a Pt(III) (+700 °C-ig), a króm

lekulák tapadása a szilárd felülethez), közvetlen

(+800 °C-ig) és a γ-Al2O3 (+950 °C-ig) sorol-

oxidáció és deszorpció. Az időtartamot itt fő-

ható, míg az alsó hőmérsékleti tartomány a

ként az adszorpció és a deszorpció határozza

konkrét anyagtól függően 150–300 °C lehet.

meg. A reakcióidő megnövekedése kedvezőtle-

Az említett katalizátorok alkalmazása során a

nül befolyásolja a reakció kinetikáját, és nem

megfelelő hőmérséklet kiválasztásához az 1.

teljes égéshez vezet. Változatlan adszorpciós

táblázat adatai nyújthatnak segítséget. Ezen

állandó esetén a deszorpció erősen függ a reak-

kívül figyelembe kell venni az adott katalizátor

ciótermékeknek a katalizátor felülete közelében

dörzsölési kopását, a hordozóhoz való tapadá-

mért koncentrációjától és a hőmérséklettől.

sát, árát és piaci elérhetőségét is. Biológiai deszorpcióra jól ismert példa a CO2

1. táblázat Katalizátorok alkalmazásának hőmérséklet tartományai Katalizátor típus III

Pt Ir Co Cr Al2O3 SiO2

Hőmérséklet tartomány, °C

Megjegyzések

300– 700 250– 350 560– 850 580– 870 630– 950 650–1050

– – – oxid formájában is felhasználható – hordozóként kémiailag semleges viselkedésű anyag szolgál

eltávolítása a szervezetből. A tüdő felületén lejátszódó katalitikus gázcserére diffúziós mechanizmussal kerül sor. A tüdőhólyagocskák felületénél még elfogadható maximális CO2koncentráció 4%, de ha a külső levegőben a koncentráció eléri az 1,5–2,0%-ot, ez már nehezebb légzéshez vezet, ha pedig a belélegzett levegőben a szén-dioxid koncentrációja meghaladja a 3%-ot, beáll a halál. 39


Lánggal égés esetén a folyamat egyidejűleg

az égést nevezik sztöchiometrikusnak, amikor

diffúziós és kinetikus mechanizmus szerint

fölösleges levegő nincs jelen (a levegőfölös-

megy végbe. A reakcióidő nagyobb részét a

leg-állandó: α = 1). Elméletileg ilyenkor a hő-

fúvókából kiáramló fűtőanyag-levegő keverék

mérséklet csak a fűtőanyag típusától és fűtőér-

alacsony hőmérséklet és kellő mennyiségű oxi-

tékétől függ (adiabatikus hőmérséklet). Föld-

dálószer melletti, kis sebességgel történő oxidá-

gáznál tad = 2000 °C, szén esetében pedig mi-

ciója adja. Az égéstér közepe felé, majd tovább

nőségétől függően 1600–1800 °C. A beveze-

haladva a hőmérséklet emelkedik, az oxidáló-

tett levegő mennyisége és α növelésével a ke-

anyag relatív mennyisége pedig csökken, beha-

verék felhígul, ami lassítja az égést és a hő-

tárolva a kinetikus reakció sebességét. E prob-

mérséklet csökkenését eredményezi. Hasonló

lémát a bemenő reagensek recirkulált hővel

jelenség játszódik le α csökkentésével is (dús

való felmelegítésével próbálják enyhíteni.

keverék). Ezen kívül kisebb α-nál a szénveszteség és a szénhidrogének, illetve a fűtőanyag-

Bár katalitikus folyamat esetében τh az adszorp-

gázokban jelenlévő más káros anyagok kon-

ció/deszorpció miatt nyilvánvalóan megnő, az

centrációja megnő. Metán esetében az égés α ≤

oxidációs folyamat a reaktor rendkívül rövid, a

0,65, illetve α ≥ 1,8 esetében egyaránt leáll.

konkrét típustól függően 0,1–1,5 mm-es szaka-

Katalitikus üzemű berendezéseknél viszont e

szán megy végbe – szemben az ugyanolyan

tartomány jóval nagyobb: α = 0,3-tól α = 4-ig,

kapacitású lánggal üzemelő berendezés 3–15

sőt ennél is tovább terjed. Nyílt lángú égés

cm-es reakciótartományával. Nem kis mérték-

tehát csak az A-tartományban lehetséges (4.

ben csökkenti a katalitikus reakció idejét, hogy

ábra), míg katalizált folyamatnál a teljes be-

itt a reagensek gyakorlatilag molekuláris szin-

rendezés – A, B és C – is kihasználható, mi-

ten előzetesen összekeveredve juttathatóak a

közben nem fenyeget a keverék öngyulladása

reakciótérbe, míg lánggal égésnél a turbulencia

és a berendezés felrobbanása sem.

csak durva összekeveredést tesz lehetővé.

a (n)

Csökkenti a katalitikus reakció időtartamát az

1

is, hogy a reagenseket 200–300 °C-ra előmele-

szerves anyagok

gítve vezetik a rendszerbe, ahol csak kismértékű, gyorsabban végbemenő további felmelegí-

szerves anyagok

tésre van szükség 700–800 °C-ig.

szervetlen

0

Mint ismeretes, 1 m3 metán elégetéséhez 10

3. ábra Különböző katalizátormérgek hatása a katalizátor aktivitására

m3 (valójában 9,5 m3) levegő szükséges – ezt

40


1800 1500

950

C

B

A

α 0

0,3

0,65

1,0

1,8

4,0

T katalitikus égés T

lánggal égés T0

χ

0

δ1

δ2

4. ábra Összefüggés a T∞ adiabatikus hőmérséklet és az α levegőfölösleg között, az égéstér különböző szakaszaiban metán elégetésénél

A katalizátor működési hőmérséklete a fűtő-

torszemcsék klinkeresedése (kiégése), amit

spirál hűtésével, hőárnyékolók beépítésével

bordázott csövek alkalmazásával lehet elkerül-

stb. csökkenthető. Amennyiben jelentős leve-

ni. Hibás konstrukció esetén a katalizátor-

gőtöbblet mellett (B-zóna) működik a beren-

szemcsék belseje akár 1400–1500 °C-ig is

dezés, a katalizátorréteg közvetlen hűtésére

felhevülhet, ami először a katalizátor belső

nincs is szükség. Célszerű a berendezésben ezt

kapillárisai, majd az egész anyag megolvadá-

a szakaszt különálló izotermikus felületeket

sát eredményezheti. Fluid ágyas berendezé-

képezve kialakítani, növelve a berendezés tel-

seknél a reakciótérben a hőenergia-sűrűség

jesítményét, és ilyen módon is szabályozva a

elérheti az 1750 kW/m3-t, fix ágyas készülé-

hőigénybevételt. Problémát okozhat a katalizá-

keknél pedig a 350 kW/m2-t – az utóbbi eset41


Irodalom

ben ugyanis a fajlagos hőterhelést a katalizátor-réteg felületegységéhez viszonyítják.

[1] Polivoda, F. A.; Kabakov, V. I.: Catalytic combustion of fuels and existing ways for its implementation. = International Journal Global Energy Issues, 22. k. 1. sz. 2004. p. 1–6.

A katalitikus berendezések fontos előnye, hogy a fűtőanyag oxidációja kapcsán keletkező nitrogén-oxidok és más szennyezőanyagok

[2] Polivoda, F. A.; Kabakov, V. I.: Some theoretical fundamentals of catalytic fuel combustion. = International Journal Global Energy Issues, 22. k. 1. sz. 2004. p. 7–18.

mennyisége akár több százszor is kisebb, mint lánggal égető technológia esetében, és a szenynyezőanyagok kibocsátása megfelelő konstrukciós megoldások alkalmazásával optimali-

[1] Polivoda, F. A.; Kabakov, V. I.: Kinetics of forming the nitrogen oxides and other harmful substances in catalytic power plants. = International Journal Global Energy Issues, 22. k. 1. sz. 2004. p. 71–77.

zálható [3]. Összeállította: Dr. Balog Károly

Kíváncsi Ön mások raktárára? Vagy ellátási láncára? Járműpark-irányítására? Ergonómiájára? Targoncáira? Beszállítói hálózatára? Azonosítási rendszerére? Információtechnológiájára? Állványrendszerére? Klaszterére? Csomagolására? Készletezési filozófiájára? Termelésirányítására? Konferenciáira? Kontrolingjára? Elosztó központjára? Logisztikai oktatására? Kiállításaira? Csomaglogisztikájára? Árukövetésére? Járattervezésére? Logisztikájára?

Nyolcvan oldal logisztika – tudományos igényességgel. Azoknak, akik nem érik be egy magazinnal.

BME OMIKK

LOGISZTIKA

1/45-75-322 [email protected]

42

Fűtőanyagok katalizált elégetése és alkalmazásának módjai

Recommend Documents