超低濃度煤層氣在Cu-γ-Al2O3催化顆粒流化床內的燃燒實驗研究.pdf

1、超低濃度煤層氣廣泛存在于礦井通風中，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，也加劇了溫室效應。因此，研究如何有效利用超低濃度煤層氣對煤礦安全生產、節(jié)約資源、保護環(huán)境都具有深遠的意義。流化床燃燒技術具有燃料適應性強、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用于流化床內的催化研究很少。貴金屬催化劑使用成本高，且在流化床內由于磨損而造成的質量損失較大，不適合工業(yè)規(guī)?；褂?，因此，研究過渡金屬催化劑在流化床內催化燃燒超低濃度煤層氣具有重要的工業(yè)實用價值和學術意義。
　　 針對這一現狀，本文采用自制的過渡金屬10wt.％Cu/γ-Al2O3催化劑顆粒作為床料，采用實驗研究和理論分析相結合的方法，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，并對實驗結果進行了理論分析。研究了流化床內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、機械性能進行了評估；實驗研究了操作條件對甲烷轉化的影響，對催化燃燒動力學特性進行了分析；根據本實驗得出的數據，引用貴金屬催化劑相關實驗數據，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特性。
　　 研究表明，隨著流化風速的增加，超低濃度

4、煤層氣通過床層的時間減少，甲烷的轉化率減小，反應向床層上部移動；實驗顯示出了催化劑顆粒良好的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性；增加床層溫度和降低進氣甲烷濃度都會使甲烷的轉化率提高，反應向床層下部移動；在催化劑的動力學特性實驗中，溫度低于480℃時，反應受到本征動力學控制，當溫度超過480℃時，擴散作用開始影響反應，反應進入了動力學與擴散共同控制區(qū)；通過對比Cu基催化劑和貴金屬催化劑，發(fā)現Cu基催化劑在床層溫度大于600℃時表現出良好的催化活性；從經