SO_2及水蒸气对超低浓度甲烷Cu/γ-Al_2O_3催化燃烧特性的影响

【摘要】：超低浓度甲烷是超低浓度煤层气及一些工业废气中的主要可燃成分。由于环保意识的滞后及技术水平的限制，导致大部分超低浓度甲烷长期以来未加利用而直接排空，造成了能源资源的巨大浪费和严重的大气污染。催化燃烧技术凭借其独特的优点被视为超低浓度甲烷利用的有效手段。然而，存在于超低浓度煤层气和工业废气中的超低浓度甲烷往往含有部分杂质气体（如SO_2，水蒸气等），这些杂质气体含量少，但却制约着催化燃烧反应。同时，过渡金属催化剂的硫中毒机理、水蒸气的作用规律、再生特性等都有待于进一步深入研究。因此，研究SO_2和水蒸气等对超低浓度甲烷催化燃烧的影响规律，分析其在过渡金属催化剂上的硫中毒机理和水蒸气作用规律具有重要的学术意义和工业应用价值。 首先，制备了Cu/γ-Al_2O_3颗粒作为催化剂，并考察了焙烧温度、负载量、反应空速及甲烷浓度对催化剂活性的影响规律。其次，重点研究了SO_2和水蒸气对超低浓度甲烷Cu/γ-Al_2O_3催化燃烧反应的影响规律，分析了硫累积作用及催化剂的抗硫稳定性，分析了催化剂的抗水特性及再生性。最后，结合催化剂的成分及微观结构分析，研究了催化剂的硫中毒机理和水蒸气抑制作用的原因。 研究表明，焙烧温度为600℃时所制备的Cu/γ-Al_2O_3催化剂具备较高的活性；Cu/γ-Al_2O_3的催化活性会随着反应空速的降低和入口甲烷浓度的增加而提高。反应气流中SO_2的存在会使Cu/γ-Al_2O_3发生硫中毒，且催化活性随着SO_2浓度的增加而降低；Cu/γ-Al_2O_3催化剂内硫的含量会发生累积，随着时间的增加而达到饱和；造成Cu/γ-Al_2O_3硫中毒的原因是催化剂内有硫酸盐的产生，减少了Cu活性位点及比表面积，阻碍了活性位点对甲烷分子的吸附，从而降低了催化剂活性。反应气流中水蒸气的存在同样会对Cu/γ-Al_2O_3的催化活性产生抑制作用，且随着水蒸气浓度的增大而增加；造成Cu/γ-Al_2O_3催化活性下降的原因是水蒸气和甲烷分子竞争吸附减少了甲烷与活性位点接触，同时，催化剂表面金属氧化物的高温烧结也会降低催化剂的活性；在含水蒸气气氛中反应后的催化剂具有较好的再生性，且低温段反应后的催化剂再生性比高温段好。Cu/γ-Al_2O_3催化剂的稳定性均会因为SO_2或水蒸气的加入而下降。 本文系统地分析了Cu/γ-Al_2O_3催化剂硫中毒机理和水抑制作用的原因，为改善和提高催化剂的抗硫、抗水特性提供了理论基础，使超低浓度甲烷的实验研究更接近工程应用。 【关键词】：超低浓度甲烷 二氧化硫 水蒸气 催化燃烧 铜催化剂
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK16;TQ426
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-21
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 超低浓度煤层气的利用现状9-13
• 1.2.1 超低浓度煤层气的浓缩提纯9-10
• 1.2.2 超低浓度煤层气作为辅助燃料10
• 1.2.3 超低浓度煤层气作为主要燃料10-13
• 1.3 甲烷催化燃烧研究概况13-20
• 1.3.1 甲烷催化燃烧的特点13-14
• 1.3.2 甲烷催化燃烧催化剂的研究14-16
• 1.3.3 硫化物和水蒸气对催化剂活性的影响16-20
• 1.4 本文主要研究内容20-21
• 2 Cu 基催化剂的制备及在甲烷催化燃烧中的活性评价21-31
• 2.1 化学试剂及仪器装置21-22
• 2.2 催化剂的制备22-23
• 2.3 催化剂活性评价23-25
• 2.3.1 实验流程23-24
• 2.3.2 测量仪器及方法24-25
• 2.3.3 催化剂活性评价指标25
• 2.4 Cu 基催化剂的甲烷催化燃烧活性评价结果25-30
• 2.4.1 焙烧温度对催化剂甲烷催化活性的影响25-26
• 2.4.2 Cu 负载量对催化剂甲烷催化活性的影响26-28
• 2.4.3 反应空速对 Cu 催化剂甲烷催化活性的影响28-29
• 2.4.4 入口甲烷浓度对 Cu 催化剂甲烷催化活性的影响29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 SO_2对超低浓度甲烷 Cu/γ-Al_2O_3催化燃烧特性的影响31-45
• 3.1 实验部分31-32
• 3.1.1 实验试剂装置及催化剂制备31
• 3.1.2 实验系统及流程31-32
• 3.2 实验结果及讨论32-36
• 3.2.1 SO_2对 Cu/γ-Al_2O_3催化燃烧特性的影响32-34
• 3.2.2 硫累积对 Cu/γ-Al_2O_3的催化燃烧特性的影响34-35
• 3.2.3 Cu/γ-Al_2O_3的抗硫稳定性研究35-36
• 3.3 Cu/γ-Al_2O_3催化剂硫中毒原因分析36-43
• 3.3.1 中毒催化剂成分及物相分析36-39
• 3.3.2 中毒催化剂的比表面积及表面形态的表征与分析39-41
• 3.3.3 催化剂的差热-热重（TG）分析41-42
• 3.3.4 催化剂硫中毒机理探讨42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 4 水蒸气对超低浓度甲烷 Cu/γ-Al_2O_3催化燃烧特性的影响45-55
• 4.1 实验部分45-46
• 4.1.1 实验试剂装置及催化剂制备45
• 4.1.2 实验系统及流程45-46
• 4.2 实验结果及讨论46-51
• 4.2.1 水蒸气对 Cu/γ-Al_2O_3催化燃烧特性的影响46-48
• 4.2.2 Cu/γ-Al_2O_3催化剂抗水稳定性研究48-49
• 4.2.3 Cu/γ-Al_2O_3催化剂再生实验49-51
• 4.3 水蒸气抑制 Cu/γ-Al_2O_3催化活性的原因分析51-54
• 4.3.1 催化剂的比表面积及表面形态的表征与分析51-52
• 4.3.2 催化剂的物相结构（XRD）分析52-53
• 4.3.3 催化剂的差热-热重（TG）分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 结论及研究展望55-57
• 5.1 主要结论55-56
• 5.2 工作展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 附录63
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录63
• B. 作者在攻读学位期间申请的专利目录63
• C. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录63

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于LS-SVM的流向变换催化燃烧反应器的温度预测    郭翔;刘新斌;宗志敏;

消除苯害化废为宝    

论溶剂的催化燃烧技术    

国内催化燃烧技术的进展概况    熊成德;

催化燃烧除去锅炉给水溶氧的研究    丁杰,姚祖涛,王光润

甲烷微尺度催化燃烧的数值模拟    钟北京,洪泽恺

一种高效节能的有机废气催化燃烧处理系统    柴义

涂料烘房排气催化燃烧净化方法    钱清

催化燃烧型涂漆机试制小结    忻展侠;

有机气体催化燃烧净化装置    沈慧英

碳烟催化燃烧用三维有序大孔Pd-修饰三元铈锆固溶体    张桂臻;何洪;訾学红;邱文革;戴洪兴;邓积光;

含Cu、Co的SBA-15介孔分子筛催化剂及其甲苯催化燃烧性能    赵福真;曾鹏晖;王宇;季生福;

超声场下制备催化燃烧VOCs的CuO/γ-Al_2O_3催化剂    郭建光;李忠;奚红霞;

铟锡氧化物的制备及催化燃烧甲烷性能研究    付慧静;傅立新;李俊华;

一种低成本合成六铝酸盐纳米材料的方法    李顺清;邹国军;陈龙;赵新红;王晓来;

不同Mn含量的MnCeLa-O催化剂对氯苯催化燃烧的影响    戴宇;王幸宜;

CeY涂层负载Pd整体式催化剂的研究    金凌云;何迈;谢冠群;罗孟飞;

CeMnAl_(11)O_y的制备及甲烷催化燃烧反应性能    王斌;郭耘;张志刚;卢冠忠;

多方向生长碳纳米纤维的催化燃烧制备    李飞;邹小平;程进;任鹏飞;张红丹;王茂发;朱光;

天然气催化燃烧理论和应用    张世红;何林;孙威;

催化燃烧技术提高煤利用率    实习记者 孙书博

燃煤催化燃烧节能技术通过鉴定    王秀江

如何治理医药含氯有机废气    黄裕侃

催化燃品前景诱人    薛景照

蓄热式有机废气催化燃烧技术节能效果明显    本报记者 黄裕侃

CU数贸产业联盟举办首届筹委会研讨会    记者朱艺彬

全球首台CU+铜抑菌家用空调问世    本报记者 许意强

稀土催化引领燃品未来风骚    本报记者 薛景照

炼厂尾气治理列入攻关项目    郑伟

应以科学态度制定PCB工业Cu含量排放标准    CPCA顾问 林金堵

低浓度甲烷流向变换催化燃烧实验研究及模型化    张佳瑾

锰基催化剂上含氯挥发性有机化合物的催化燃烧    戴宇

甲烷催化燃烧技术基础研究    訾学红

流向变换催化燃烧空气净化过程的模型化研究    牛学坤

低浓度CO和甲苯催化燃烧消除催化剂制备及反应性能研究    赵福真

Cu纳米线结构和性质的第一性原理研究    马良财

固定化微生物净化低浓度SO_2烟气研究    黄兵

离子液体性质及其与SO_2相互作用机理研究    姜海超

梨酒酵母工程菌的构建及SO_2天然替代物的研究    张大为

含N，P配体的Cu（Ⅰ）配合物的制备及性质研究    刘新芳

SO_2及水蒸气对超低浓度甲烷Cu/γ-Al_2O_3催化燃烧特性的影响    郑世伟

光合细菌对Cu~（2+）的响应及其净水研究    张娅婷

新型环保型Pd-Pt、Cu/不锈钢丝网VOCs消除催化剂的制备及其性能研究    张婷

Cu对原位合成Al_2O_3/Mo_5Si_3复合材料组织与性能的影响    赵雪

SO_2诱导蚕豆气孔运动与保卫细胞死亡效应研究    尹晶晶

啤酒中的SO_2及SO_2对啤酒抗氧化作用的研究    周梅

石灰浆液荷电喷雾脱硫流场及SO_2浓度场的数值模拟    赵英春

长期定位培肥黑土对Cu~（2+）的吸附作用研究    丁华

铝合金表面激光熔覆Cu基复合涂层研究    魏广玲

SO_2胁迫对桃蚜及其异色瓢虫作用机制的研究    赵俊红