一种低温燃烧稳焰催化剂、燃烧器及其应用的制作方法

1.本发明涉及燃料催化燃烧技术领域，具体而言，涉及一种低温燃烧稳焰催化剂、燃烧器及其应用。


背景技术：

2.工程应用过程中，因燃/气比超过燃烧极限、温度低于燃料的起燃点以及其他等原因导致意外熄火不能复燃现象。如冲压发动机燃烧室燃烧不能持续稳定，一旦熄火则使得飞行失速导致失败，火炬等民用燃烧系统在传递过程中熄火率比较高，影响效果。
3.针对这些问题目前采用的手段大多采取优化结构和提供持续的点火源来解决，但这类手段存在效果不佳，实际操作复杂不容易实现。如在超声速速发动机环境，来流在800k左右情况下经常熄火，而雾化碳氢燃料起燃点高达860k，一旦意外熄火则很难自动复燃，燃烧能不能持续，则直接导致失败；而运动火炬现有的多燃烧室及屏蔽结构设计，虽然课题大幅度降低熄火率，但最低熄火率仍高于0.5％。
4.因此如何提供一种拓宽燃料/空气的燃烧极限，能够实现稀薄燃烧的低温燃烧稳焰催化剂及燃烧器，大幅度降低引燃温度，实现持续稳定燃烧是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提出了一种低温燃烧稳焰催化剂、燃烧器及其应用，针对现有技术中燃烧器熄火率比较高，且意外熄火则很难自动复燃，燃烧不能持续的问题，利用催化燃烧技术拓宽燃料/空气的燃烧极限实现稀薄燃烧，且将燃料的起燃点降低到280℃-300℃，仅仅利用催化燃烧结构的蓄热能力和来流热焓维持低温稳定燃烧。
6.有鉴于此，根据本发明的第一个目的提出了一种低温燃烧稳焰催化剂，以高温氧化物为载体负载ce、ni、pt、ru或rh贵金属作为催化剂具有高活性，其中高温氧化物在催化剂整体质量中所占的质量百分比不小于99％；贵金属所占的质量百分比为0.4-0.8％。
7.本发明中的贵金属可以通过原子沉积或贵金属硝酸盐溶液浸渍方法涂覆到载体表面。
8.前述低温燃烧稳焰催化剂中，高温氧化物为储氧体混合物，选自ceo2、al2o3或zro2中的两种或两种以上混合物。
9.根据本发明的第二个目的提出了一种低温燃烧稳焰燃烧器，将低温燃烧稳焰催化剂涂覆在耐高温合金蜂窝体上，蜂窝体为若干个，依次分层排列在与燃气出口接触的燃烧室内，形成蜂窝催化床组。
10.优选的，催化剂涂覆方法主要有溶胶凝胶法、原子沉积法等。
11.其中蜂窝催化床组中蜂窝体可以为1个。
12.前述低温燃烧稳焰燃烧器中，耐高温合金为铁铬铝合金或镍合金；蜂窝体为横截
面为圆形结构，其上布设若干微孔，微孔当量直径2-5mm。
13.前述低温燃烧稳焰燃烧器中，空气与燃气混合后与蜂窝催化床组表面接触，燃烧器燃烧室内充入来流空气；来流空气与蜂窝催化床组进行热量交换。
14.前述低温燃烧稳焰燃烧器中，蜂窝催化床组中蜂窝体各层之间存在10-20mm间隙。
15.根据本发明的第三个目的提出了燃烧器在冲压发动机、火炬持续稳定燃烧中应用。
16.前述燃烧器在冲压发动机持续稳定燃烧中应用中，冲压发动机的来流空气热焓与蜂窝催化床组进行热量交换。
17.通过以上技术方案，本发明中提供的低温燃烧稳焰燃烧器具有如下突出效果：
18.1.拓宽燃料/空气的燃烧极限，能够实现稀薄燃烧；燃料与空气在氧燃比很宽的范围实现起燃、稳燃、低温燃烧；
19.2.燃料与空气混合气在催化表面具有低起燃点，通常在280℃～300℃，而无催化条件下起燃点高达590℃，大幅度降低引燃温度；
20.3.蜂窝催化床中蜂窝体具有耐温高和必要的蓄热能力，其蓄热能力足够引燃催化燃烧反应，结合发动机来流热焓足以维持低温燃烧，随着催化燃烧放热的积累进而实现低温持续稳定燃烧，从根本上克服熄火问题。
附图说明
21.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1是本发明实施例8提供的蜂窝体横截面图示意图。
23.图2是本发明实施例9提供的冲压发动机燃烧室催化燃烧稳焰结构示意图。
24.图3是本发明实施例10提供的火炬燃烧器催化燃烧稳焰结构示意图。
25.其中1-蜂窝体；2-微孔；3-蜂窝催化床组；4-燃气；a-第一通孔；b-第二通孔；c-第三通孔；5-来流空气；6-引射筒；7-燃气空气混合气。
具体实施方式
26.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
28.低温燃烧稳焰催化剂的制备
29.本实施例提出了一种低温燃烧稳焰催化剂，以高温氧化物为载体负载ce、ni、pt、ru或rh贵金属作为催化剂具有高活性，其中高温氧化物在催化剂整体质量中所占的质量百分比不小于99％；贵金属所占的质量百分比为0.4-0.8％，其中低温燃烧稳焰催化剂中，高温氧化物选自ceo2、al2o3或zro2中的两种或两种以上混合物。其中实施例1-7中催化剂的组分以及比例关系如表格1。
30.表1实施例1-7中催化剂的组分以及比例关系
[0031] 高温氧化物贵金属实施例1zro
2-al2o
3 99.4％ce 0.6％实施例2zro
2-al2o
3 99.2％ni0.8％实施例3zro
2-al2o
3 99.4％pt 0.6％实施例4zro
2-al2o
3 99.4％ru 0.6％实施例5ceo
2-al2o
3 99.6％pt 0.4％实施例6ceo
2-al2o
3 99.6％rh 0.4％实施例7ceo
2-al2o
3 99.4％ru0.6％
[0032]
实施例1-7中高温氧化物选自ceo2、al2o3或zro2中的两种混合物，其中两种混合物的质量比为1:1。
[0033]
实施例8
[0034]
将实施例1-7得到的将低温燃烧稳焰催化剂分别涂覆在耐高温合金蜂窝体上，其中耐高温合金为铁铬铝合金，蜂窝体为横截面为圆形结构，其上布设若干微孔如图1；蜂窝体为多个，依次分层排列在与燃气出口接触的燃烧室内形成蜂窝催化床组，蜂窝催化床组中蜂窝体各层之间存在间隙，空气与燃气混合后与蜂窝催化床组表面接触，形成7组催化剂不同的低温燃烧稳焰燃烧器。
[0035]
实施例9
[0036]
本实施例提出了燃烧器在亚声速燃烧冲压发动机持续稳定燃烧中应用。
[0037]
如图2，将实施例8中得到的任一一个得到的燃烧器应用于亚声速燃烧冲压发动机，具体为将三个蜂窝体依次分层排列在与燃气出口接触的冲压发动机燃烧室内形成蜂窝催化床组，其中三个蜂窝体之间存在间隙；其中燃气和空气的混合气体直接通入蜂窝催化床组，在发动机工作过程中或燃烧室意外熄火时，利用催化燃烧机构的余温可以维持稳定的催化燃烧，以此作为点火源维持发动机持续稳定的燃烧。
[0038]
实施例10
[0039]
本实施例提出了燃烧器在高超声速冲压发动机持续稳定燃烧中应用。
[0040]
如图2，将实施例8中得到的任一一个得到的燃烧器应用于高超声速冲压发动机，将一个或多个单层催化床均匀分布在燃烧室不同部位，如内置、外置均可；来流温度足以驱动催化床维持燃气的催化燃烧，作为发动机永不熄灭的点火源，以维持燃烧室永不熄火。
[0041]
实施例11
[0042]
本实施例提出了燃烧器在火炬持续稳定燃烧中应用。
[0043]
如图3，将实施例8中得到的任一一个得到的燃烧器应用于火炬持续稳定燃烧，具体为将一个蜂窝体布设在火炬燃烧室内形成蜂窝催化床组，其中火炬燃烧室一端充入燃气，火炬燃烧室四周设置若干通孔，其中通孔分别位于火炬燃烧室底部、以及两侧边，其中两侧边的通孔第三通孔、第一通孔分别设置在蜂窝催化床组上下两边，底部的通孔第二通孔位于燃气入口的两侧。
[0044]
其中燃气和空气的混合气体直接通入蜂窝催化床组，蜂窝催化床组套设在冲压发动机的引射筒内，其中冲压发动机的来流空气通过蜂窝催化床组两侧充入引射筒内，冲压发动机的来流空气热焓与蜂窝催化床组进行热量交换，以维持催化燃烧反应稳定。
[0045]
实施例12
[0046]
本实施例提出了燃烧器在试验台尾气废气治理中应用。
[0047]
如图3，将实施例8中得到的任一一个得到的燃烧器应用于火炬持续稳定燃烧，具体为将多个蜂窝体布设在火炬燃烧室内形成蜂窝催化床组，或整体大面积的催化床床入口测安装预热陶瓷加热管，且由3-5层床组合，每层间隔30cm。将废气和空气混合气体以一定速率送入预热的翠花系统，对废气中的有害有机物质进行催化燃烧，达到无害化处理的目的。以上实例均能满足石油气(丙烷、丁烷)火炬燃烧性能，熄火5s以内的自主复燃率均达到100％，且将燃料的起燃点降低到280℃-300℃。
[0048]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。