SO2及水蒸氣對(duì)超低濃度甲烷Cu-γ-Al2O3催化燃燒特性的影響.pdf

1、SO2及水蒸氣對(duì)超低濃度甲烷CuγAl2O3催化燃燒特性的影響重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：鄭世偉指導(dǎo)教師：張力教授專(zhuān)業(yè)：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院二O一三年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要超低濃度甲烷是超低濃度煤層氣及一些工業(yè)廢氣中的主要可燃成分。由于環(huán)保意識(shí)的滯后及技術(shù)水平的限制，導(dǎo)致大部分超低濃度甲烷長(zhǎng)期以來(lái)未加利用而直接排空，造成了能源資源的巨大浪費(fèi)和嚴(yán)重的大氣污染。催化燃燒技術(shù)憑借

2、其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被視為超低濃度甲烷利用的有效手段。然而，存在于超低濃度煤層氣和工業(yè)廢氣中的超低濃度甲烷往往含有部分雜質(zhì)氣體（如SO2，水蒸氣等），這些雜質(zhì)氣體含量少，但卻制約著催化燃燒反應(yīng)。同時(shí)，過(guò)渡金屬催化劑的硫中毒機(jī)理、水蒸氣的作用規(guī)律、再生特性等都有待于進(jìn)一步深入研究。因此，研究SO2和水蒸氣等對(duì)超低濃度甲烷催化燃燒的影響規(guī)律，分析其在過(guò)渡金屬催化劑上的硫中毒機(jī)理和水蒸氣作用規(guī)律具有重要的學(xué)術(shù)意義和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。首先，制備了CuγAl

3、2O3顆粒作為催化劑，并考察了焙燒溫度、負(fù)載量、反應(yīng)空速及甲烷濃度對(duì)催化劑活性的影響規(guī)律。其次，重點(diǎn)研究了SO2和水蒸氣對(duì)超低濃度甲烷CuγAl2O3催化燃燒反應(yīng)的影響規(guī)律，分析了硫累積作用及催化劑的抗硫穩(wěn)定性，分析了催化劑的抗水特性及再生性。最后，結(jié)合催化劑的成分及微觀(guān)結(jié)構(gòu)分析，研究了催化劑的硫中毒機(jī)理和水蒸氣抑制作用的原因。研究表明，焙燒溫度為600℃時(shí)所制備的CuγAl2O3催化劑具備較高的活性；CuγAl2O3的催化活性會(huì)隨著反

4、應(yīng)空速的降低和入口甲烷濃度的增加而提高。反應(yīng)氣流中SO2的存在會(huì)使CuγAl2O3發(fā)生硫中毒，且催化活性隨著SO2濃度的增加而降低；CuγAl2O3催化劑內(nèi)硫的含量會(huì)發(fā)生累積，隨著時(shí)間的增加而達(dá)到飽和；造成CuγAl2O3硫中毒的原因是催化劑內(nèi)有硫酸鹽的產(chǎn)生，減少了Cu活性位點(diǎn)及比表面積，阻礙了活性位點(diǎn)對(duì)甲烷分子的吸附，從而降低了催化劑活性。反應(yīng)氣流中水蒸氣的存在同樣會(huì)對(duì)CuγAl2O3的催化活性產(chǎn)生抑制作用，且隨著水蒸氣濃度的增大而增

5、加；造成CuγAl2O3催化活性下降的原因是水蒸氣和甲烷分子競(jìng)爭(zhēng)吸附減少了甲烷與活性位點(diǎn)接觸，同時(shí)，催化劑表面金屬氧化物的高溫?zé)Y(jié)也會(huì)降低催化劑的活性；在含水蒸氣氣氛中反應(yīng)后的催化劑具有較好的再生性，且低溫段反應(yīng)后的催化劑再生性比高溫段好。CuγAl2O3催化劑的穩(wěn)定性均會(huì)因?yàn)镾O2或水蒸氣的加入而下降。本文系統(tǒng)地分析了CuγAl2O3催化劑硫中毒機(jī)理和水抑制作用的原因，為改善和提高催化劑的抗硫、抗水特性提供了理論基礎(chǔ)，使超低濃度甲烷的