SO2及水蒸氣對超低濃度甲烷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：張力教授專業(yè)：動力工程及工程熱物理學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)動力工程學(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期以來未加利用而直接排空，造成了能源資源的巨大浪費和嚴(yán)重的大氣污染。催化燃燒技術(shù)憑借

2、其獨特的優(yōu)點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，過渡金屬催化劑的硫中毒機理、水蒸氣的作用規(guī)律、再生特性等都有待于進一步深入研究。因此，研究SO2和水蒸氣等對超低濃度甲烷催化燃燒的影響規(guī)律，分析其在過渡金屬催化劑上的硫中毒機理和水蒸氣作用規(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)空速及甲烷濃度對催化劑活性的影響規(guī)律。其次，重點研究了SO2和水蒸氣對超低濃度甲烷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結(jié)構(gòu)分析，研究了催化劑的硫中毒機理和水蒸氣抑制作用的原因。研究表明，焙燒溫度為600℃時所制備的CuγAl2O3催化劑具備較高的活性；CuγAl2O3的催化活性會隨著反

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)硫的含量會發(fā)生累積，隨著時間的增加而達(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活性位點及比表面積，阻礙了活性位點對甲烷分子的吸附，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對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爭吸附減少了甲烷與活性位點接觸，同時，催化劑表面金屬氧化物的高溫?zé)Y(jié)也會降低催化劑的活性；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)定性均會因為SO2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