本文選題：煤礦乏氣 + 蜂窩陶瓷　； 參考：《華中科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：煤礦開采過程中礦井乏風(fēng)的排放給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染,加劇了溫室效應(yīng)。煤礦乏風(fēng)有氣流量大,氣體中甲烷濃度很低,流量不穩(wěn)定等特點(diǎn),這些特點(diǎn)限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用,目前常采用直接氧化的手段進(jìn)行處理,并未對煤礦乏風(fēng)進(jìn)行利用,是能源的極大浪費(fèi)。由此,針對煤礦乏風(fēng),開發(fā)一種新型技術(shù),使之能夠應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐,對環(huán)境保護(hù)與能源的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。本文首先介紹了煤礦乏風(fēng)排放現(xiàn)狀,綜述了國內(nèi)外在實(shí)驗(yàn)研究方面所開展的各項(xiàng)工作,介紹了乏風(fēng)甲烷作為主要燃料的典型技術(shù):熱逆流氧化技術(shù)、熱逆流催化氧化技術(shù)以及整體式催化氧化技術(shù),分析比較三種技術(shù)的優(yōu)勢及其不足。在分析的基礎(chǔ)上,選用整體式催化氧化技術(shù),設(shè)計(jì)新型燃燒系統(tǒng),通過催化劑的選用及固碳段的布置,試驗(yàn)對煤礦乏風(fēng)的減排作用。基于CHEMKIN軟件,對煤礦乏風(fēng)甲烷在蜂窩陶瓷內(nèi)的催化氧化過程進(jìn)行模擬計(jì)算,對比有無催化劑甲烷轉(zhuǎn)化率的變化,分析預(yù)熱溫度、進(jìn)氣濃度、氣流速度、催化劑比表面積以及催化劑孔道密度對氧化過程的影響規(guī)律。結(jié)果表明,催化劑可以有效降低煤礦乏風(fēng)甲烷完全轉(zhuǎn)化所需溫度;甲烷濃度提高有利于反應(yīng)區(qū)域前移,同時(shí)受氣流速度影響變小,燃燒更穩(wěn)定;操作條件不變,催化劑比表面積增加與催化劑孔道密度提高,有助于甲烷轉(zhuǎn)化率升高。采用溶膠凝膠法和浸漬法制備了Pd/Al2O3整體式催化劑和LaMnO3/MgO整體式催化劑,運(yùn)用XRD、SEM等方法對催化劑進(jìn)行了表征,對催化劑催化活性及熱穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明,對CH4濃度為0.5%的煤礦乏風(fēng),Pd/Al2O3整體式催化劑具有更好的低溫起燃活性;催化劑800°C焙燒24h,LaMn O3/MgO整體式催化劑甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)97.12%,具有更好的熱穩(wěn)定性。煤礦乏風(fēng)分級氧化,第一級設(shè)置為Pd/Al2O3整體式催化劑,第二級設(shè)置為LaMnO3/MgO整體式催化劑,可以有效降低起燃點(diǎn),促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生,保證高溫段的熱穩(wěn)定性。尾部設(shè)置固碳段,預(yù)熱溫度為500°C,CH4濃度為1%時(shí),尾氣中CO2濃度低于0.2%,實(shí)現(xiàn)溫室氣體的近零排放。設(shè)計(jì)煤礦乏風(fēng)催化氧化供熱系統(tǒng),分析了各設(shè)備反應(yīng)溫度的變化及各過程對溫度的需求,通過對余熱進(jìn)行利用,提高經(jīng)濟(jì)效益,避免能源浪費(fèi)。分析碳減排收益與熱利用收益的經(jīng)濟(jì)性,系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期短且投資回報(bào)率很高,具有廣闊的市場前景。
[Abstract]:In the process of coal mining, the exhaust of mine air brings serious pollution to the environment and intensifies Greenhouse Effect. The characteristics of low air flow rate, low methane concentration and unstable flow in coal mine restrict its application in industry. At present, direct oxidation is often used to treat coal mine exhaust air. Is a great waste of energy. Therefore, it is of great significance for environmental protection and sustainable development of energy resources to develop a new type of technology to be used in production practice in the light of lack of wind in coal mines. In this paper, the current situation of exhaust air emission from coal mines is introduced, and the research work in the field of experiment is summarized. The typical technology of the spent wind methane as the main fuel is introduced, which is heat countercurrent oxidation technology. The advantages and disadvantages of thermal countercurrent catalytic oxidation and integral catalytic oxidation are analyzed and compared. On the basis of analysis, a new combustion system was designed by using integral catalytic oxidation technology. Through the selection of catalyst and the arrangement of carbon sequestration section, the emission reduction effect of coal mine spent wind was tested. Based on CHEMKIN software, the catalytic oxidation process of coal mine exhaust methane in honeycomb ceramics was simulated and calculated. The methane conversion rate was compared with or without catalyst, and the preheating temperature, inlet air concentration and air velocity were analyzed. The effect of specific surface area and pore density of catalyst on the oxidation process. The results show that the catalyst can effectively reduce the temperature required for the complete transformation of methane from coal mine, and the increase of methane concentration is beneficial to the forward movement of the reaction zone, and the combustion is more stable because of the influence of the airflow velocity, and the operating conditions are not changed. The increase of specific surface area of catalyst and the increase of pore density of catalyst contribute to the increase of methane conversion. Pd/Al2O3 monolithic catalyst and LaMnO3/MgO monolithic catalyst were prepared by sol-gel method and impregnation method. The catalytic activity and thermal stability of the catalyst were evaluated. The results show that the monolithic catalyst with 0.5% CH4 concentration has better ignition activity at low temperature, and the methane conversion rate of LaMn O3/MgO monolithic catalyst calcined at 800 擄C for 24 h is 97.12 and has better thermal stability. The first stage is Pd/Al2O3 monolithic catalyst, the second stage is LaMnO3/MgO monolithic catalyst, which can effectively reduce the ignition point, promote the reaction and ensure the thermal stability of the high temperature section. When the carbon sequestration section is set in the tail and the preheating temperature is 500 擄C ~ (-1), the concentration of CO2 in the tail gas is lower than 0.2, and the emission of greenhouse gas is near zero. The heating system of coal mine is designed by catalytic oxidation of spent wind, and the change of reaction temperature of each equipment and the demand of temperature in each process are analyzed. Through the utilization of waste heat, the economic benefit is improved and energy waste is avoided. By analyzing the economic benefits of carbon emission reduction and thermal utilization, it is found that the return period of system static investment is short and the return on investment is very high, so it has a broad market prospect.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712;O643.32

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本文編號：1926802