超低濃度煤層氣在Cu-γ-Al2O3催化顆粒流化床內(nèi)的燃燒實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超低濃度煤層氣廣泛存在于礦井通風(fēng)中，通常其甲烷體積濃度不超過2％，熱值很低，利用難度較大。我國是煤炭開采和使用大國，伴生的煤層氣資源十分豐富，超低濃度煤層氣通常不作處理而直接排出，既造成了能源的浪費(fèi)，也加劇了溫室效應(yīng)。因此，研究如何有效利用超低濃度煤層氣對煤礦安全生產(chǎn)、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境都具有深遠(yuǎn)的意義。流化床燃燒技術(shù)具有燃料適應(yīng)性強(qiáng)、燃燒污染物排放量低、燃燒效率高等優(yōu)勢，適用于低熱值氣體燃料的燃燒，目前國內(nèi)外對于超低濃度煤層氣的催化燃

2、燒研究大多采用貴金屬催化劑，采用過渡金屬催化劑應(yīng)用于流化床內(nèi)的催化研究很少。貴金屬催化劑使用成本高，且在流化床內(nèi)由于磨損而造成的質(zhì)量損失較大，不適合工業(yè)規(guī)模化使用，因此，研究過渡金屬催化劑在流化床內(nèi)催化燃燒超低濃度煤層氣具有重要的工業(yè)實(shí)用價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。
　　 針對這一現(xiàn)狀，本文采用自制的過渡金屬10wt.％Cu/γ-Al2O3催化劑顆粒作為床料，采用實(shí)驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，研究了超低濃度煤層氣在甲烷濃度低于2vol.％

3、在流化床中催化燃燒特性，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論分析。研究了流化床內(nèi)氣固兩相流動及其對超低濃度煤層氣催化燃燒特性的影響，對Cu/γ-Al2O3熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能進(jìn)行了評估；實(shí)驗(yàn)研究了操作條件對甲烷轉(zhuǎn)化的影響，對催化燃燒動力學(xué)特性進(jìn)行了分析；根據(jù)本實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，引用貴金屬催化劑相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對比分析了Cu/γ-Al2O3催化劑和貴金屬催化劑對超低濃度煤層氣的催化燃燒特性以及動力學(xué)特性。
　　 研究表明，隨著流化風(fēng)速的增加，超低濃度

4、煤層氣通過床層的時(shí)間減少，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，反應(yīng)向床層上部移動；實(shí)驗(yàn)顯示出了催化劑顆粒良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性；增加床層溫度和降低進(jìn)氣甲烷濃度都會使甲烷的轉(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)向床層下部移動；在催化劑的動力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)中，溫度低于480℃時(shí)，反應(yīng)受到本征動力學(xué)控制，當(dāng)溫度超過480℃時(shí)，擴(kuò)散作用開始影響反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)入了動力學(xué)與擴(kuò)散共同控制區(qū)；通過對比Cu基催化劑和貴金屬催化劑，發(fā)現(xiàn)Cu基催化劑在床層溫度大于600℃時(shí)表現(xiàn)出良好的催化活性；從經(jīng)