本文關(guān)鍵詞：低濃度甲烷在銅基催化劑上的燃燒反應(yīng)及動(dòng)力學(xué)特性　出處：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 低濃度甲烷 催化燃燒 銅基催化劑 水蒸氣 表面催化 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

【摘要】：低濃度甲烷廣泛存在于煤層氣及工業(yè)廢氣中,當(dāng)其在過渡金屬催化劑上燃燒時(shí),其燃燒反應(yīng)特性及動(dòng)力學(xué)分區(qū)等有待進(jìn)一步深入研究;另外,低濃度甲烷在抽采時(shí)往往具有一定的含濕量,有必要弄清水蒸氣對(duì)其催化燃燒特性的影響規(guī)律。因此,對(duì)低濃度甲烷在銅為代表的過渡金屬催化劑上的燃燒反應(yīng)及動(dòng)力學(xué)特性展開研究具有重要的學(xué)術(shù)意義及工程應(yīng)用價(jià)值。采用Cu/?-Al2O3顆粒作為催化劑,實(shí)驗(yàn)研究了低濃度甲烷在固定床微分反應(yīng)器中的催化燃燒及動(dòng)力學(xué)特性,分析了催化劑在反應(yīng)前后的表面微觀結(jié)構(gòu)、催化活性及表面反應(yīng)物的變化,重點(diǎn)研究了表面氧對(duì)甲烷催化的影響,探討了氧的覆蓋率變化對(duì)甲烷催化活性的影響以及氧覆蓋率不同而引起的催化燃燒分區(qū)的遷移,通過水蒸氣對(duì)氧的可逆吸附與結(jié)合,分析了水蒸氣對(duì)甲烷催化活性以及相關(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律。研究表明,甲烷在Cu金屬表面的催化反應(yīng)、氧化脫氫按反應(yīng)物分壓的差別可分為三個(gè)反應(yīng)區(qū):富氧燃燒區(qū)(Region 1,O2/CH42)、稀氧燃燒區(qū)(Region 2,0.1O2/CH42)、缺氧燃燒區(qū)(Region 3,O2/CH40.1)。富氧燃燒區(qū)(?+?)甲烷氧化脫氫反應(yīng)由甲烷分壓控制,與氧分壓無關(guān);稀氧燃燒區(qū)(?+?)反應(yīng)速率由甲烷和氧氣分壓共同控制;缺氧燃燒區(qū)(?+?)反應(yīng)速率由氧分壓控制,與甲烷分壓無關(guān)。反應(yīng)級(jí)數(shù)在三個(gè)分區(qū)也明顯不同:Region 1,=0.9,=0;Region2,=0.43,=0.68;Region 3,=0,=1.77;其活化能依次為:146.3 k J/mol,99.8 k J/mol,and 60.8 k J/mol。由富氧區(qū)到缺氧區(qū),反應(yīng)控速步驟由甲烷在吸附性氧上的脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)檠踉诨钚越饘賵F(tuán)簇上的活化。另一方面,當(dāng)反應(yīng)氣流中含有水蒸氣時(shí),甲烷催化反應(yīng)將明顯受到抑制。水蒸氣在反應(yīng)中可與催化劑表面活性氧發(fā)生吸附作用,并生成羥基。含水蒸氣氣氛下,甲烷轉(zhuǎn)化率快速下降,氮?dú)獯祾呖墒勾呋钚酝耆謴?fù)。在富氧條件下,氧分壓的變動(dòng)對(duì)含水蒸氣甲烷的反應(yīng)速率無影響,而甲烷分壓波動(dòng)對(duì)反應(yīng)速率影響較大。當(dāng)水蒸氣分壓上升后,甲烷速率曲線下移,且斜率降低,甲烷反應(yīng)級(jí)數(shù)降低。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,含水蒸氣條件下,甲烷催化燃燒表觀活化能迅速上升,水蒸氣與甲烷競(jìng)爭(zhēng)吸附在表面氧上,導(dǎo)致甲烷活化能升高,水蒸氣反應(yīng)級(jí)數(shù)也隨之升高。低溫下水蒸氣的覆蓋率在80%以上,而干燥氣氛下的覆蓋率僅為30%;隨著溫度的升高,含水蒸氣或不含水蒸氣的表面覆蓋率將趨于一致。本文的研究結(jié)果對(duì)低濃度甲烷的高效轉(zhuǎn)化及利用提供了理論依據(jù)。
[Abstract]:Methane with low concentration widely exists in coalbed methane and industrial waste gas. When it is burned on transition metal catalyst, its combustion reaction characteristics and kinetic zoning need to be further studied. In addition, low concentration methane often has a certain moisture content in extraction, it is necessary to understand the effect of water vapor on its catalytic combustion characteristics. It is of great academic significance and engineering value to study the combustion reaction and kinetic characteristics of low concentration methane on transition metal catalysts represented by copper. The catalytic combustion and kinetic characteristics of low concentration methane in a fixed-bed differential reactor were studied by using -Al _ 2O _ 3 particle as catalyst. The surface microstructure of the catalyst before and after the reaction was analyzed. The effect of surface oxygen on methane catalytic activity and surface reactants was studied. The effect of oxygen coverage on the catalytic activity of methane and the migration of catalytic combustion zone caused by different oxygen coverage were discussed. The reversible adsorption and binding of oxygen to water vapor were carried out. The effects of water vapor on the catalytic activity of methane and the kinetic parameters of the reaction were analyzed. The results showed that the catalytic reaction of methane on the surface of Cu metal. The oxidative dehydrogenation can be divided into three reaction regions according to the difference of reactant partial pressure: region 1 / O 2 / Ch 42 and region 2. 0.1 O _ 2 / Ch _ 42N, O _ 2 / H _ 2O _ 2 / Ch _ 40.1 O _ 2 / O _ 2 / H _ 2O _ 2 / H _ 2O _ 2 combustion zone? ? ) the oxidative dehydrogenation of methane is controlled by the partial pressure of methane, independent of the partial pressure of oxygen. ? ) the reaction rate is controlled by the partial pressure of methane and oxygen. ? ) the reaction rate is controlled by partial pressure of oxygen and independent of partial pressure of methane. Region _ 2 (0.43) ~ 0.68; Region _ 3 was 1.77; The activation energies are:: 146.3 k / mol / mol 99.8 k / mol and 60.8 k / mol / mol, from oxygen-enriched region to anoxic region. The reaction rate control step changes from the dehydrogenation of methane on adsorbed oxygen to the activation of oxygen on active metal clusters. On the other hand, when water vapor is present in the reaction flow. The catalytic reaction of methane will be inhibited obviously. Water vapor can adsorb with active oxygen species on the catalyst surface and form hydroxyl group. The conversion of methane decreases rapidly in the atmosphere of water vapor. Nitrogen blowing can completely restore the catalytic activity. Under the condition of oxygen enrichment, the change of oxygen partial pressure has no effect on the reaction rate of methane containing water vapor. The partial pressure fluctuation of methane has a great influence on the reaction rate. When the partial pressure of water vapor increases, the curve of methane rate moves down, and the slope decreases, and the order of methane reaction decreases. The apparent activation energy of methane catalytic combustion increases rapidly, and the water vapor and methane compete to adsorb on the surface oxygen, which leads to the increase of methane activation energy. The water vapor reaction order also increased. The water vapor coverage was more than 80% at low temperature, but only 30 in dry atmosphere. With the increase of temperature, the surface coverage of water vapor or non-water vapor will be consistent. The results of this paper provide a theoretical basis for the efficient conversion and utilization of low concentration methane.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK16

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 W.C.Evans;劉子忠;呂海燕;;來自海洋地殼深處的甲烷[J];地質(zhì)科學(xué)譯叢;1997年03期

2 唐學(xué)淵,朱鳳順;氣體中痕量碳?xì)浠衔锏姆治?第一報(bào) 痕量甲烷的分析[J];深冷簡(jiǎn)報(bào);1965年01期

3 Gerald R Dickens,許紅;巨型天然氣水合物儲(chǔ)層原始甲烷數(shù)量的直接測(cè)量[J];海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài);2000年11期

4 李巧云;實(shí)驗(yàn)室里制取甲烷的研究[J];內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì);2000年S1期

5 馮慶祥;宋長(zhǎng)志;閻家訓(xùn);汪毓云;李秀英;;用吸附膨脹脫附法將甲烷-氫分離成純氫和純甲烷的實(shí)驗(yàn)研究[J];制冷學(xué)報(bào);1983年02期

6 章炎生,王永才,鄭美英;貧氪濃縮物中少量甲烷的清除[J];深冷簡(jiǎn)報(bào);1964年04期

7 ;[J];;年期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 張?jiān)鲋?路銳;邢蕊峰;魏莉;王光;;低濃度甲烷吸收過程分析及裝置的試驗(yàn)研究[A];探索建立煤礦區(qū)煤層氣立體抽采與經(jīng)濟(jì)利用產(chǎn)業(yè)化體系，，推動(dòng)煤礦瓦斯治理、立體抽采技術(shù)示范與煤層氣資源綜合利用——全國(guó)煤礦瓦斯抽采利用與通風(fēng)安全技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)煤礦瓦斯抽采與通風(fēng)安全論文集[C];2013年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 孝文;北極現(xiàn)15萬甲烷泄漏點(diǎn) 將嚴(yán)重影響全球氣候[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

2 記者 顧鋼;新型催化劑可高效轉(zhuǎn)化甲烷為甲醇[N];科技日?qǐng)?bào);2009年

3 王俊鳴;美與七國(guó)達(dá)成開發(fā)甲烷氣協(xié)議[N];科技日?qǐng)?bào);2004年

4 朱起煌;油田殘余油生產(chǎn)甲烷潛力巨大[N];中國(guó)石化報(bào);2006年

5 本報(bào)駐東京記者 吳仲國(guó);日本看好海底冰狀甲烷[N];科技日?qǐng)?bào);2001年

6 劉霞;甲烷存儲(chǔ)運(yùn)輸有了新方法[N];上�？萍紙�(bào);2008年

7 韋林娜;美國(guó)紐約污水變廢為寶 甲烷氣成為城市新能源[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

8 劉霞;甲烷也能“粉末”化[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

9 記者 毛磊;海底甲烷氣泡可能是神秘沉船禍?zhǔn)譡N];新華每日電訊;2003年

10 楊貴蘭;把二氧化碳埋起來[N];科技日?qǐng)?bào);2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 李疆;甲烷可控轉(zhuǎn)化新途徑的研究[D];華東師范大學(xué);2010年

2 王華;組合多相催化技術(shù)及其在甲烷與小分子化合物耦合反應(yīng)中的應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2004年

3 黃亮;非熱等離子體促進(jìn)甲烷活化轉(zhuǎn)化的研究[D];浙江大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 曾秋菊;光學(xué)式甲烷檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其信號(hào)處理方法研究[D];燕山大學(xué);2015年

2 耿豪杰;低濃度甲烷在銅基催化劑上的燃燒反應(yīng)及動(dòng)力學(xué)特性[D];重慶大學(xué);2015年

3 徐翠玲;南海冷泉區(qū)甲烷滲漏過程的原位觀測(cè)研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2013年

4 郭芬;甲烷濃度檢測(cè)新方法的研究[D];山西大學(xué);2008年

5 龍海平;Cryptophane A，E合成與表征及其甲烷敏感特性[D];重慶大學(xué);2009年

6 張苗;微細(xì)腔內(nèi)甲烷自熱重整催化產(chǎn)氫暫態(tài)特性數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2011年

7 羅儒顯;甲烷直接氧化制甲醇、甲醛的膜催化劑（ZrO_2-CaO）研究[D];華南理工大學(xué);1991年

8 趙圓方;基于兩相發(fā)酵的甲烷原位富集工藝研究[D];華北電力大學(xué);2013年

9 潘冬暉;甲烷低溫部分氧化催化劑制備及催化性能研究[D];天津大學(xué);2014年

10 陳會(huì)英;甲烷芳構(gòu)化：不同添加劑效應(yīng)及特殊分子篩載體的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2004年

本文編號(hào)：1375143