燃烧与污染及污染控制技术燃烧理论基础教学课件PPT
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（烯）
②断链
Cn H 2 n Cm H 2 m2
低 C烯 低 C烷
7
举例：
一次反应
裂解，脱H2
乙烷C2 H 6
C2 H 4 H 2 乙烯
乙烯二次反应
高温下 900 1100 C
C2 H 4 C2 H 2 H 2 H 2 2C （焦）析碳
中温下 500 C
9
1.3 小 结
一、链式反应
二、氢的链式反应
激发、传递、断裂
三、CO燃烧反应
四、烃的燃烧反应
10
干、湿 缺氧、有氧
1.4 催化剂对化学反应速度的影响
催化剂是一种能够极大地改变化学反应速度， 但本身在反应前后质量和化学组成均不改变的 物质，这种作用称催化作用。 凡能加快反应速度的催化剂称正催化剂；反之， 用于减慢反应速度的催化剂称负催化剂。在工 程实际应用中，负催化剂又有特定的名称：如 减慢金属腐蚀速度的称缓蚀剂；防止高分子老 化的称抗老剂；阻缓燃烧过程的称阻燃剂。所 以，通常说催化剂均指正催化剂。
烷+ O2反应的 RH R是烷基 活化中心，主 要是羟基OH
烃的燃烧是一种蜕化的分枝反应，这种反 应的新链锁环节要靠中间生成物分子的分 解才能完成，故其反应速度较H及CO慢。
4
一、 有O2燃烧反应机理
RH OH R H 2O R O2 RO2
RO2 R HCO OH R Cn 1H 2 n 1
1.3.3 CO燃烧反应
CO 燃烧也是分支链反应 ， H2 和水蒸气 H2O 对 CO 燃烧有触媒作用。所以， CO 反应
分“干燥”和“潮湿”两种情况。
1
一、干CO燃烧
活化中心为原子氧O以及臭氧O3，因为
没有触媒，反应在660～740℃以上才能着火
燃烧，且没有明显的火焰传播速度，反应速
度也较慢。
2
HCHO CO H 2 HCHO O2 CO2 H 2OБайду номын сангаас
在200～300℃左右，甲醛发出浅蓝光——冷焰 一般不会引起爆炸。 第一次出现冷焰的温度称为闪点。
6
二、缺O2燃烧反应—裂解
①裂解，脱H2
C mn H 2 mn 2
烷
C mn H 2 mn H 2
基础反应 链的引发 链的传递 链的分支 链的中断
CO反应
H 2 O 2 CO CO 2 H 2 O HO2 器壁 消活化
CO-O2混合物中，哪怕加入1%微量H2或者2%H2O水蒸气到600 ～ 640℃就能燃烧
3
1.3.4 烃的燃烧反应
也属于链式反应。以烷为例进行研究
Cn H 2n2 Cn H 2n1 H
二、湿CO燃烧
燃烧机理：
H 2 O CO CO 2 H 2 H 2 O 2 H 2O 2 H 2 O 2 M 2OH M OH CO CO 2 H H O 2 M HO2 M HO2 CO CO 2 OH H O 2 OH O O O 2 M O3 M O H 2 OH H
反应进程
12
归纳起来,催化剂有如下特性:
①用量小，活性高，可有效促使反应物分子活化； ②催化剂参与反应前后催化剂本身的质量、化学性质、 组分不变，对化学反应的初态和终态不改变,也就是说 从热力学角度讲催化剂的参与不改变反应的Helmholrs 自由能变Δ rHm (H≡U-TS)和Gibbs自由能(G≡HTS),对化学反应有改变的仅两点：活化能E↓，反应途 径(过程)变化。 ③催化剂有很高的选择性和促使化学反应向某一确定 方向进行的能力。实验表明，某一特定的化学反应只 能使用某一种或几种催化剂才有效，但是同一反应采 用不同的催化剂可以得不同的效果(即指产生不同的生 成物，或不同的反应速度)。
11
催化剂能加快化学反应速度的实质是催化剂有效
地降低了反应活化能E
能 量 水 平
E1 E2
催化作用
Q 不变
加入催化剂后，并不改变反 应物和生成物的相对能量， 除活化能降低外，不改变反 应物和生成物的初始态和终 态。 特别指出：催化剂只能加快 热力学上认为可能进行的反 应 ， 即 Gibbs 自 由 能 变 ΔrGm<0 。对热力学上计算 不能进行的反应，即 Gibbs 自由能变 ΔrGm>0 ，任何催 化剂都是没用的。
13
催化剂可以是气，液，固体
催化剂和催化条件 浓H2SO4,140℃ 生成物 乙醚(C2H5)2O+H2O 乙醛CH3CHO+H2O 丁二烯CH2=CH-CH=CH2+H2O 甲烷CH3OH 烷烃和烯烃的混合物+H2O---合 成油 甲烷CH4+H2O 固体石蜡
反应物
酒精 C2H5OH
浓H2SO4或AL2O3,170℃ 乙烯C2H4+H2O Cu,200-250℃ ZnO/Cr2O3,400-500℃ Cu,264℃,30MPa Fe-CO,200℃, 2MPa
水煤气 Ni催化,250℃,常压 Ru催化,150℃, 15MPa
14
催化剂中毒
少量的杂质常可影响催化剂的活性：助催化作用 或中毒 助催化剂本身活性很小或无活性，但可以提高催 化剂活性。 使催化剂中毒的物质称毒物，中毒后的催化剂表 现为：活性降低，选择性降低。中毒后的催化剂 一旦除去毒物，催化剂效力可以恢复的称暂时性 中毒。如催化剂完全失效，不可恢复活性时，称 永久性失效。
与RH同一 C级的醛
与RH低一 C级的烷
R HCO R RCO R H RCO R CO
RH O2 R H CO H 2O
5
总反应
总的过程为：
高C级的烷----同一C级的醛----低一C级的烷----· · · · · ----甲醛
分解 最后甲醛 燃烧
3C2 H 4 C6 H 6 3H 2
3H 2 6C 析碳
8
结论：
① C/H比大的高碳烃（烷）裂解析炭反应速度比甲烷 快得多。且 C/H 愈大析炭愈严重。丁烷比甲烷析炭速
度快3～10倍，甲苯比甲烷析炭速度快几个数量级。
② 不饱和烃（烯、炔）比饱和烃（烷）更容易裂解析 C
渣油>重油>清柴油>汽油>液化石油气>天然气
②断链
Cn H 2 n Cm H 2 m2
低 C烯 低 C烷
7
举例：
一次反应
裂解，脱H2
乙烷C2 H 6
C2 H 4 H 2 乙烯
乙烯二次反应
高温下 900 1100 C
C2 H 4 C2 H 2 H 2 H 2 2C （焦）析碳
中温下 500 C
9
1.3 小 结
一、链式反应
二、氢的链式反应
激发、传递、断裂
三、CO燃烧反应
四、烃的燃烧反应
10
干、湿 缺氧、有氧
1.4 催化剂对化学反应速度的影响
催化剂是一种能够极大地改变化学反应速度， 但本身在反应前后质量和化学组成均不改变的 物质，这种作用称催化作用。 凡能加快反应速度的催化剂称正催化剂；反之， 用于减慢反应速度的催化剂称负催化剂。在工 程实际应用中，负催化剂又有特定的名称：如 减慢金属腐蚀速度的称缓蚀剂；防止高分子老 化的称抗老剂；阻缓燃烧过程的称阻燃剂。所 以，通常说催化剂均指正催化剂。
烷+ O2反应的 RH R是烷基 活化中心，主 要是羟基OH
烃的燃烧是一种蜕化的分枝反应，这种反 应的新链锁环节要靠中间生成物分子的分 解才能完成，故其反应速度较H及CO慢。
4
一、 有O2燃烧反应机理
RH OH R H 2O R O2 RO2
RO2 R HCO OH R Cn 1H 2 n 1
1.3.3 CO燃烧反应
CO 燃烧也是分支链反应 ， H2 和水蒸气 H2O 对 CO 燃烧有触媒作用。所以， CO 反应
分“干燥”和“潮湿”两种情况。
1
一、干CO燃烧
活化中心为原子氧O以及臭氧O3，因为
没有触媒，反应在660～740℃以上才能着火
燃烧，且没有明显的火焰传播速度，反应速
度也较慢。
2
HCHO CO H 2 HCHO O2 CO2 H 2OБайду номын сангаас
在200～300℃左右，甲醛发出浅蓝光——冷焰 一般不会引起爆炸。 第一次出现冷焰的温度称为闪点。
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二、缺O2燃烧反应—裂解
①裂解，脱H2
C mn H 2 mn 2
烷
C mn H 2 mn H 2
基础反应 链的引发 链的传递 链的分支 链的中断
CO反应
H 2 O 2 CO CO 2 H 2 O HO2 器壁 消活化
CO-O2混合物中，哪怕加入1%微量H2或者2%H2O水蒸气到600 ～ 640℃就能燃烧
3
1.3.4 烃的燃烧反应
也属于链式反应。以烷为例进行研究
Cn H 2n2 Cn H 2n1 H
二、湿CO燃烧
燃烧机理：
H 2 O CO CO 2 H 2 H 2 O 2 H 2O 2 H 2 O 2 M 2OH M OH CO CO 2 H H O 2 M HO2 M HO2 CO CO 2 OH H O 2 OH O O O 2 M O3 M O H 2 OH H
反应进程
12
归纳起来,催化剂有如下特性:
①用量小，活性高，可有效促使反应物分子活化； ②催化剂参与反应前后催化剂本身的质量、化学性质、 组分不变，对化学反应的初态和终态不改变,也就是说 从热力学角度讲催化剂的参与不改变反应的Helmholrs 自由能变Δ rHm (H≡U-TS)和Gibbs自由能(G≡HTS),对化学反应有改变的仅两点：活化能E↓，反应途 径(过程)变化。 ③催化剂有很高的选择性和促使化学反应向某一确定 方向进行的能力。实验表明，某一特定的化学反应只 能使用某一种或几种催化剂才有效，但是同一反应采 用不同的催化剂可以得不同的效果(即指产生不同的生 成物，或不同的反应速度)。
11
催化剂能加快化学反应速度的实质是催化剂有效
地降低了反应活化能E
能 量 水 平
E1 E2
催化作用
Q 不变
加入催化剂后，并不改变反 应物和生成物的相对能量， 除活化能降低外，不改变反 应物和生成物的初始态和终 态。 特别指出：催化剂只能加快 热力学上认为可能进行的反 应 ， 即 Gibbs 自 由 能 变 ΔrGm<0 。对热力学上计算 不能进行的反应，即 Gibbs 自由能变 ΔrGm>0 ，任何催 化剂都是没用的。
13
催化剂可以是气，液，固体
催化剂和催化条件 浓H2SO4,140℃ 生成物 乙醚(C2H5)2O+H2O 乙醛CH3CHO+H2O 丁二烯CH2=CH-CH=CH2+H2O 甲烷CH3OH 烷烃和烯烃的混合物+H2O---合 成油 甲烷CH4+H2O 固体石蜡
反应物
酒精 C2H5OH
浓H2SO4或AL2O3,170℃ 乙烯C2H4+H2O Cu,200-250℃ ZnO/Cr2O3,400-500℃ Cu,264℃,30MPa Fe-CO,200℃, 2MPa
水煤气 Ni催化,250℃,常压 Ru催化,150℃, 15MPa
14
催化剂中毒
少量的杂质常可影响催化剂的活性：助催化作用 或中毒 助催化剂本身活性很小或无活性，但可以提高催 化剂活性。 使催化剂中毒的物质称毒物，中毒后的催化剂表 现为：活性降低，选择性降低。中毒后的催化剂 一旦除去毒物，催化剂效力可以恢复的称暂时性 中毒。如催化剂完全失效，不可恢复活性时，称 永久性失效。
与RH同一 C级的醛
与RH低一 C级的烷
R HCO R RCO R H RCO R CO
RH O2 R H CO H 2O
5
总反应
总的过程为：
高C级的烷----同一C级的醛----低一C级的烷----· · · · · ----甲醛
分解 最后甲醛 燃烧
3C2 H 4 C6 H 6 3H 2
3H 2 6C 析碳
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结论：
① C/H比大的高碳烃（烷）裂解析炭反应速度比甲烷 快得多。且 C/H 愈大析炭愈严重。丁烷比甲烷析炭速
度快3～10倍，甲苯比甲烷析炭速度快几个数量级。
② 不饱和烃（烯、炔）比饱和烃（烷）更容易裂解析 C
渣油>重油>清柴油>汽油>液化石油气>天然气