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低品位能源的高效利用、環(huán)境保護和煤礦安全生產(chǎn)均具有重要意義。煤層氣甲烷的特點是濃度低、通量大，需要設(shè)計高度集成的反應(yīng)器和操作模式，保證反應(yīng)自熱進行和有效回收熱量。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，是國際公認的強化反應(yīng)的動態(tài)操作技術(shù)。本文以煤層氣有效利用為背景，開展流向變換技術(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，采用國產(chǎn)HPA(KMK)負載貴金屬催化劑在小型中

2、試裝置上對低濃度甲烷流向變換催化燃燒的特性進行了實驗研究。系統(tǒng)地考察了換向周期、反應(yīng)物濃度和空速對反應(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重要的操作參數(shù)，對反應(yīng)器內(nèi)溫度的軸向分布影響顯著。在進料甲烷濃度低至0.5vol.％時反應(yīng)仍然能夠在自熱的條件下進行，并且保持較高的轉(zhuǎn)化率。當甲烷濃度達到0.8vol.％時，催化劑床層最高溫度已超過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。 以上述實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，設(shè)計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，本文還進行了HPA(KMK)負載貴金屬催化劑上甲烷催化燃燒反應(yīng)的本征動力學實驗研究，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)