19091.cuγal2o3催化含硫低濃度甲烷燃燒特性實驗研究

1、CuγAl2O3催化含硫低濃度甲烷燃燒特性實驗研究重慶大學碩士學位論文（學術學位）學生姓名：劉建軍指導老師：張力教授專業(yè)：動力工程及工程熱物理學科門類：工學重慶大學動力工程學院二〇一五年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要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，會造成資源的巨大浪費及嚴重的環(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，同時價格低廉，具有較好的工業(yè)應用前景。然而，低濃度煤層氣中通常含有少量SO2等雜質性氣體，這些氣體對Cu基催化劑上甲烷催化燃燒反應會產生一定的影響。同時，通過加入助劑來改善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術意義和工業(yè)應用價值。本文制備了一系列Cu基催化劑，采用固定床反應器，考察了內外擴

3、散對催化反應的影響。同時，用實驗方法消除了內外擴散及催化劑顆粒間稀釋對催化反應的影響。重點研究了SO2（0~0.02vol.%）對低濃度甲烷（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，通過向Cu基催化劑中引入Ni來改善催化劑的性能，重點研究了Ni的含量對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分析了其改善原因。研究發(fā)現，原料氣氛中存在SO2時，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出現不同程度的上升，同時，SO2的濃度波動會加劇這一現象。就其原因：SO2的存在使得催化劑表面發(fā)生結塊，同時有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)生化學反應，生成硫酸銅，該物質附著于催化劑表面，形成堅硬的外殼，減少了金屬氧化物活性位點，并阻礙了活性位點上反應物分子的吸附和產物分子的脫附，從而催化反應受到抑制。添加Ni的Cu基催化劑活性及抗硫中毒穩(wěn)定性增強，催化反應

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象，同時也縮短了CO2分子在催化劑表面的停留時間，加速了甲烷催化正反應的進行，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