超低濃度甲烷流態(tài)化燃燒反應模型的建立及實驗驗證.pdf

1、超低濃度甲烷廣泛存在于礦井抽采的煤層氣和化工廢氣中，它的濃度通常隨著開采條件的變化而波動，通常其體積濃度不超過3％，熱值很低，利用難度較大。在我國煤炭開采過程中，大量超低濃度甲烷不經(jīng)處理直接排放到外界環(huán)境中，不僅污染環(huán)境而且浪費資源，因此，研究利用超低濃度甲烷具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義。流態(tài)化燃燒技術(shù)具有燃料適應性廣、熱容量大等優(yōu)點，適用于低熱值氣體的燃燒利用，當超低濃度甲烷流化床內(nèi)催化燃燒時，反映其流態(tài)化催化燃燒特點的反應模型需要進一步研

2、究和建立。
　　本文根據(jù)超低濃度在鼓泡流化床中催化燃燒特點，建立分區(qū)模型并進行耦合，并采用實驗研究和理論分析相結(jié)合的方法研究了0.15~3 vol.%超低濃度甲烷在以0.5%Pd/Al2O3作為催化劑顆粒床料的鼓泡流化床反應器中催化燃燒特性并對反應模型進行了驗證，最后通過模型計算，對甲烷在流化床反應器的變化進行了預測?；诔蜐舛燃淄樵诠呐萘骰泊呋紵匦?，在流化床流動、反應和質(zhì)量平衡的基礎上，根據(jù)氣固兩相流理論，在密相區(qū)與稀相

3、區(qū)分別建立反應模型，在密相區(qū)中考慮了氣泡相與乳化相之間的傳質(zhì)以及甲烷在催化顆粒表面的催化反應；在稀相區(qū)，根據(jù)超低濃度甲烷燃燒的特點，又進一步劃分為飛濺顆粒區(qū)和均相反應區(qū)，并分別建立反應模型。采用實驗研究的方法對所建立的反應模型在不同工況下進行了驗證，考察了床層溫度、進氣濃度、流化風速以及靜態(tài)床層高度等因素對低濃度甲烷流態(tài)化催化燃燒的影響，并與常見流態(tài)化反應模型活塞流、混合流及 K-L反應模型進行了對比分析，研究表明本文建立的反應模型與實

4、驗數(shù)據(jù)吻合較好，誤差在5%以內(nèi)。同時研究發(fā)現(xiàn)，床層溫度增加到650℃時，甲烷的轉(zhuǎn)化率可達100%，減小甲烷進氣濃度和流化風速以及增加床層溫度均可提高低濃度甲烷的轉(zhuǎn)化率，并使反應向著床層下方移動；甲烷在密相區(qū)床層的反應主要發(fā)生在乳化相，氣泡相甲烷濃度的變化主要是通過氣泡相和乳化相間的傳質(zhì)來實現(xiàn)。根據(jù)超低濃度甲烷在鼓泡流態(tài)化燃燒反應不同區(qū)域的特點，建立了催化燃燒的反應模型，并對反應模型進行了實驗驗證，考察了操作條件等對低濃度甲烷流態(tài)化催化燃