低濃度甲烷流向變換催化燃燒制熱技術(shù)基礎(chǔ)研究

【摘要】：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)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 【關(guān)鍵詞】：低濃度甲烷 催化燃燒 流向變換 熱回收 本征動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：O643.32
【目錄】：

• 第一章 文獻綜述18-33
• 1.1 甲烷利用現(xiàn)狀18-19
• 1.2 甲烷催化燃燒催化劑19-26
• 1.2.1 貴金屬催化劑19-23
• 1.2.2 金屬氧化物催化劑23-26
• 1.3 流向變換催化反應(yīng)技術(shù)26-31
• 1.3.1 流向變換催化反應(yīng)技術(shù)26-27
• 1.3.2 流向變換催化反應(yīng)技術(shù)的優(yōu)點27-28
• 1.3.3 流向變換催化反應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域28
• 1.3.4 流向變換催化反應(yīng)技術(shù)的研究進展28-30
• 1.3.5 甲烷流向變換催化燃燒30-31
• 1.4 論文研究內(nèi)容31-33
• 1.4.1 課題的目的和意義31
• 1.4.2 研究內(nèi)容31-33
• 第二章 甲烷催化燃燒催化劑反應(yīng)性能評價33-39
• 2.1 實驗部分33-35
• 2.1.1 實驗裝置流程33
• 2.1.2 實驗設(shè)備33-34
• 2.1.3 實驗原料34
• 2.1.4 分析方法34-35
• 2.2 實驗結(jié)果與討論35-38
• 2.2.1 溫度對甲烷催化燃燒反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響35-36
• 2.2.2 空速對甲烷催化燃燒反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響36-37
• 2.2.3 濃度對甲烷轉(zhuǎn)化率的影響37-38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 第三章 低濃度甲烷流向變換催化燃燒的實驗研究39-50
• 3.1 實驗39-41
• 3.1.1 實驗裝置39-41
• 3.1.2 實驗材料41
• 3.1.3 實驗條件41
• 3.2 結(jié)果與討論41-48
• 3.2.1 甲烷轉(zhuǎn)化率41-42
• 3.2.2 換向周期對溫度分布曲線的影響42-43
• 3.2.3 甲烷濃度對溫度分布曲線的影響43-44
• 3.2.4 空速對溫度分布曲線的影響44
• 3.2.5 過渡過程床層溫度分布曲線44-46
• 3.2.6 擬定態(tài)下床層瞬態(tài)溫度分布曲線46-47
• 3.2.7 熱波波峰溫度和催化段平均溫度47-48
• 3.3 本章小結(jié)48-50
• 第四章 低濃度甲烷流向變換催化燃燒制熱裝置的建設(shè)及實驗研究50-63
• 4.1 流向變換催化燃燒制熱裝置的設(shè)計50-52
• 4.1.1 換熱器設(shè)計計算50-52
• 4.1.2 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸52
• 4.2 實驗(一)52-54
• 4.2.1 實驗裝置52-53
• 4.2.2 實驗材料53-54
• 4.3 實驗結(jié)果與討論(一)54-56
• 4.3.1 移熱前后床層溫度分布曲線的對比54-55
• 4.3.2 移取熱量后濃度對床層溫度分布的影響55-56
• 4.4 實驗(二)56-57
• 4.4.1 實驗裝置56-57
• 4.4.2 實驗條件57
• 4.5 實驗結(jié)果與討論(二)57-62
• 4.5.1 空速對床層溫度分布曲線的影響57-60
• 4.5.2 甲烷濃度對床層溫度曲線的影響60-62
• 4.5.3 換熱量的估算62
• 4.6 本章小結(jié)62-63
• 第五章 負載貴金屬催化劑上甲烷催化燃燒本征動力學(xué)63-72
• 5.1 本征動力學(xué)實驗方法63-65
• 5.1.1 氣、固非均相催化反應(yīng)的宏觀過程及本征動力學(xué)的實質(zhì)63
• 5.1.2 外擴散影響的消除63-64
• 5.1.3 內(nèi)擴散影響的消除64-65
• 5.2 本征動力學(xué)實驗65-67
• 5.2.1 實驗設(shè)備、材料及分析方法65
• 5.2.2 內(nèi)外擴散檢驗實驗65-66
• 5.2.3 本征動力學(xué)實驗數(shù)據(jù)66-67
• 5.3 本征動力學(xué)模型的建立67-71
• 5.3.1 本征動力學(xué)速率模型形式及待估參數(shù)的確定67-69
• 5.3.2 動力學(xué)參數(shù)估值方法69
• 5.3.3 動力學(xué)模型參數(shù)估值結(jié)果與檢驗69-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第六章 結(jié)論72-73
• 參考文獻73-78
• 致謝78-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄79

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