低濃度甲烷流向變換催化燃燒制熱技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、煤層氣中巨量低濃度甲烷的催化燃燒制熱對(duì)低品位能源的高效利用、環(huán)境保護(hù)和煤礦安全生產(chǎn)均具有重要意義。煤層氣甲烷的特點(diǎn)是濃度低、通量大，需要設(shè)計(jì)高度集成的反應(yīng)器和操作模式，保證反應(yīng)自熱進(jìn)行和有效回收熱量。流向變換催化燃燒技術(shù)將預(yù)熱、反應(yīng)和熱量回收集成在一起，是國(guó)際公認(rèn)的強(qiáng)化反應(yīng)的動(dòng)態(tài)操作技術(shù)。本文以煤層氣有效利用為背景，開(kāi)展流向變換技術(shù)在低濃度甲烷催化燃燒制熱中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。 首先，采用國(guó)產(chǎn)HPA(KMK)負(fù)載貴金屬催化劑在小型中

2、試裝置上對(duì)低濃度甲烷流向變換催化燃燒的特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。系統(tǒng)地考察了換向周期、反應(yīng)物濃度和空速對(duì)反應(yīng)器操作特性的影響。結(jié)果表明，換向周期、反應(yīng)物濃度和空速是三個(gè)重要的操作參數(shù)，對(duì)反應(yīng)器內(nèi)溫度的軸向分布影響顯著。在進(jìn)料甲烷濃度低至0.5vol.％時(shí)反應(yīng)仍然能夠在自熱的條件下進(jìn)行，并且保持較高的轉(zhuǎn)化率。當(dāng)甲烷濃度達(dá)到0.8vol.％時(shí)，催化劑床層最高溫度已超過(guò)700℃，需要移出熱量，表明利用流向變換催化燃燒技術(shù)，低濃度甲烷可以用于制熱或發(fā)

3、電。 以上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)建造了一套帶有中間換熱系統(tǒng)的反應(yīng)裝置。并在此裝置上考察了床層中間取熱條件下，不同反應(yīng)物濃度以及不同空速下的擬定態(tài)床層軸向溫度分布特征，并將其與中間不取熱溫度分布特征進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，取熱能明顯降低熱波峰值，防止催化劑被燒壞，并且在一定條件下反應(yīng)仍能維持自熱操作，并能回收一定的熱量。 另外，本文還進(jìn)行了HPA(KMK)負(fù)載貴金屬催化劑上甲烷催化燃燒反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)