19091.cuγal2o3催化含硫低濃度甲烷燃燒特性實(shí)驗(yàn)研究

1、CuγAl2O3催化含硫低濃度甲烷燃燒特性實(shí)驗(yàn)研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：劉建軍指導(dǎo)老師：張力教授專業(yè)：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院二〇一五年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要低濃度煤層氣中含有的主要可燃成分甲烷的含量為0.1~5vol.%，若未加利用而直接排入大氣，會(huì)造成資源的巨大浪費(fèi)及嚴(yán)重的環(huán)境污染。由于其常規(guī)燃燒較為困難，催化燃燒技術(shù)則成為低濃度甲烷燃燒利用的有效手段。其中，Cu基催

2、化劑由于具有較好的催化甲烷燃燒活性，同時(shí)價(jià)格低廉，具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景。然而，低濃度煤層氣中通常含有少量SO2等雜質(zhì)性氣體，這些氣體對(duì)Cu基催化劑上甲烷催化燃燒反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)，通過(guò)加入助劑來(lái)改善Cu基催化劑上含硫低濃度甲烷燃燒特性的措施有待進(jìn)一步研究。因此，研究Cu基催化劑上含硫低濃度甲烷催化燃燒特性，分析其硫中毒原因及改善措施等具有重要的學(xué)術(shù)意義和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。本文制備了一系列Cu基催化劑，采用固定床反應(yīng)器，考察了內(nèi)外擴(kuò)

3、散對(duì)催化反應(yīng)的影響。同時(shí)，用實(shí)驗(yàn)方法消除了內(nèi)外擴(kuò)散及催化劑顆粒間稀釋對(duì)催化反應(yīng)的影響。重點(diǎn)研究了SO2（0~0.02vol.%）對(duì)低濃度甲烷（3vol.%）催化燃燒特性的影響規(guī)律，并采用多種表征手段分析了催化劑失活的原因。隨后，通過(guò)向Cu基催化劑中引入Ni來(lái)改善催化劑的性能，重點(diǎn)研究了Ni的含量對(duì)催化劑抗硫中毒特性及穩(wěn)定性的影響，并采用多種表征技術(shù)分析了其改善原因。研究發(fā)現(xiàn)，原料氣氛中存在SO2時(shí)，CuγAl2O3催化劑的活性及穩(wěn)定性降

4、低，低濃度甲烷催化燃燒特征溫度會(huì)出現(xiàn)不同程度的上升，同時(shí)，SO2的濃度波動(dòng)會(huì)加劇這一現(xiàn)象。就其原因：SO2的存在使得催化劑表面發(fā)生結(jié)塊，同時(shí)有S元素的累積，存在形式為硫酸鹽，富氧條件下，SO2分子及O2在Cu2上吸附，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸銅，該物質(zhì)附著于催化劑表面，形成堅(jiān)硬的外殼，減少了金屬氧化物活性位點(diǎn)，并阻礙了活性位點(diǎn)上反應(yīng)物分子的吸附和產(chǎn)物分子的脫附，從而催化反應(yīng)受到抑制。添加Ni的Cu基催化劑活性及抗硫中毒穩(wěn)定性增強(qiáng)，催化反應(yīng)

5、活化能降低。隨著Ni含量的增加，改善效果越明顯，其原因是Ni的加入使得Cu基催化劑表面有NiAl2O4尖晶石相生成，增加了催化劑的穩(wěn)定性。隨著Ni含量的增加，催化劑的Lewis酸性降低，吸附SO2的能力減弱，減緩了催化劑硫中毒現(xiàn)象，同時(shí)也縮短了CO2分子在催化劑表面的停留時(shí)間，加速了甲烷催化正反應(yīng)的進(jìn)行，提高甲烷催化燃燒效率。本文系統(tǒng)地分析了CuγAl2O3催化劑硫中毒原因及引入Ni改善催化劑性能的原因，為含硫低濃度甲烷在Cu基催化劑上