适于煤矿乏风催化燃烧的高性能催化剂制备方法实验研究

通过正交实验设计,改变负载贵金属焙烧温度、贵金属含量和铂钯质量比,采用浆料涂覆法和浸渍法制备了含有稀土元素涂层的铂、钯贵金属整体式催化剂。借助于BET和SEM分析方法对催化剂的物理化学性质进行了表征。在常压连续流动固定床反应器中,用乏风瓦斯系统地考察了上述3种制备条件下的催化剂性能,以及空速对催化剂性能的影响。实验结果表明,催化剂的最佳制备条件为:负载贵金属焙烧温度750℃,贵金属含量1.41 kg/m3,铂钯质量比6∶1。在空速为40 000 h-1、反应温度为450℃条件下,乏风中甲烷转化率可达98.9%。     

煤矿乏风瓦斯燃烧用催化剂研究进展

煤矿瓦斯是煤矿伴生气,其主要成分甲烷是全球第二大温室气体,温室效应是二氧化碳的21倍。煤矿瓦斯的直接排放将加剧温室效应及环境污染,因此近年来煤矿瓦斯的治理受到广泛关注。煤矿瓦斯中乏风瓦斯(甲烷浓度0. 1%～1. 0%)占比超过70%,该气体无法通过常规的燃烧方式处理和利用。催化燃烧作为一种脱除低浓度甲烷的高效方法,其不仅可以在较低的温度下实现甲烷的氧化,同时还可以减少甲烷处理过程中的NO_x和CO等污染物气体的排放,因此受到了人们的广泛关注。通过归纳近年来催化燃烧技术在催化剂研究方面的进展,重点阐述了催化剂制备方法对催化剂发展的影响,并且探讨了乏风瓦斯催化燃烧技术相关催化剂未来的发展方向。     

乏风瓦斯催化氧化燃烧燃气轮机发电技术研究进展

对矿井乏风瓦斯催化氧化燃烧燃气轮机发电技术以及催化燃烧所需的整体式催化剂进行了综述,介绍了催化氧化燃烧燃气轮机发电技术的原理,催化燃烧室的关键技术是采用两种不同催化剂分多级装填的方式,回热装置的最新技术是更高效紧凑的主表面式回热器。提出了催化氧化燃烧燃气轮机发电技术工业化进程的发展方向。     

低温等离子体改性CuO/ZrO_2催化剂上乏风瓦斯催化燃烧性能

以氧气为改性气体,利用介质阻挡放电反应器,对CuO/ZrO_2催化剂进行低温等离子体改性,制备了改性CuO/ZrO_2催化剂,用于乏风瓦斯催化燃烧,并分析了其反应动力学特性。研究了等离子体处理时间、氧气空速、放电电压、放电频率及等离子体处理顺序对催化剂性能的影响。结果表明,对CuO/ZrO_2催化剂进行等离子体处理30min较合适;CuO/ZrO_2催化剂的活性随着改性气体氧气空速的增大而增强,随着放电电压和放电频率的增大先增强后减弱;用先等离子体处理后焙烧的方式制备的催化剂,其催化性能有所提高,而用先焙烧后等离子体处理的方式制备的催化剂,催化性能不但没有提高反而降低。用改性过的CuO/ZrO_2催化剂催化乏风瓦斯燃烧,可使T10降低41℃、T50降低27℃、T90降低35℃,可使反应活化能由71.25kJ/mol降低为63.19kJ/mol。     

煤矿乏风瓦斯富集中试试验研究

针对煤矿乏风瓦斯浓度低,无法有效利用,并大量排放这一现状,对乏风瓦斯的富集开展了研究,建立了首套乏风瓦斯富集中试试验装置。试验装置瓦斯处理量为500 m3/h,采用三塔两级分离工艺,并引入了抽排和排放气充压的流程。研究结果表明,利用自主改性的椰壳活性炭可将甲烷浓度为0.2%的乏风瓦斯气体富集到1.2%以上;抽排流程用于乏风瓦斯富集中试系统可有效提高产品气浓度,如抽排比由0增大到0.224时,产品气中的甲烷浓度增大到了原来的1.89倍;吸附剂热效应对乏风瓦斯富集的影响较小,试验过程中吸附塔内温度波动不超过3℃。     

缺陷钙钛矿LaMnO3催化煤矿乏风瓦斯燃烧性能

我国煤矿开采乏风瓦斯排量大,其温室效应是CO₂的21倍,会引起严重的环境问题。催化燃烧作为一种高效、绿色的净化技术,在较低温度下可将低浓度甲烷完全转化。目前,甲烷催化燃烧反应的关键科学问题是氧活性位的确认及其催化机制。采用溶胶-凝胶法制备一系列不同物质的量比La/Mn的菱形钙钛矿LaMnO₃-x催化剂,并考察其在甲烷催化燃烧的反应性能。通过X射线衍射、N₂物理吸附、透射电子显微镜和H₂-程序升温还原技术对催化剂的物化性能进行表征。此外,采用X射线光电子能谱、O₂-程序升温脱附和拉曼光谱技术研究了钙钛矿LaMnO₃-x中氧物种的种类和相对含量。X射线衍射结果表明,所有催化剂均为菱形钙钛矿LaMnO₃结构,未观察到其他La和Mn物种的衍射峰。固定床评价结果表明,钙钛矿LaMnO₃-90具有介孔孔道,比表面积较大,且具有最多的体相和表面晶格氧物种,使其催化活性最高。此外,缺陷钙钛矿LaMnO₃-9...     

矿井乏风瓦斯氧化发电技术研究进展

对矿井乏风瓦斯蓄热氧化燃烧发电技术和催化氧化燃烧燃气轮机发电技术进行了综述。分析了蓄热氧化燃烧装置的原理和流程,以及在国内外的实际应用情况。重点介绍了催化氧化燃烧燃气轮机发电技术的原理,催化燃烧室的关键技术即采用两种不同催化剂分多级装填的方式;指出了催化氧化燃烧燃气轮机发电技术工业化进程,下一步发展的主要方向。     

煤矿乏风瓦斯变压吸附仿真实验研究

以实验室搭建的双塔变压吸附装置为基础,以Aspen Adsorption为操作平台,通过拟合相关参数,搭建了变压吸附装置富集分离煤矿乏风瓦斯的仿真模型,探究吸附时间与解吸时间对解吸气甲烷浓度的影响。结果表明,仿真模拟能较好地模拟实验情况,可以利用Aspen Adsorption辅助设计变压吸附富集分离煤矿乏风瓦斯,为气体分离提供理论与实际指导意见,节省资源与能源。     

煤矿乏风瓦斯变压吸附仿真参数实验研究

以实验室搭建的双塔变压吸附装置为基础,以Aspen Adsorption为操作平台,通过拟合相关参数,搭建了变压吸附装置富集分离煤矿乏风瓦斯的仿真模型,探究原料气浓度、吸附压力对解吸气甲烷浓度的影响。     

乏风瓦斯蓄热氧化试验研究

自主研制出处理量为1 000 m3/h的逆流式乏风瓦斯蓄热氧化装置,并进行了加热启动、氧化性能及自热平衡等试验研究。结果表明:乏风瓦斯蓄热氧化装置能够有效氧化处理甲烷,在稳定的温度场下,乏风中甲烷体积分数的改变对甲烷氧化率的影响不明显,在甲烷体积分数为0.148%时,氧化率仍维持在96%以上;当乏风瓦斯处理量为1 000 m3/h、甲烷体积分数大于等于0.30%时,装置自维持运行状态良好;当燃烧室中心温度降低时,装置内高温区域变小,氧化反应区域变窄,甲烷氧化率降低,不利于氧化反应的进行。     

等离子体处理顺序对CuO/Al2O3催化乏风瓦斯燃烧性能的影响

低温等离子体技术在催化剂改性方面表现出良好的应用前景。为此,利用大气压介质阻挡放电对CuO/Al2O3催化剂进行处理,研究了等离子体处理顺序对CuO/Al2O3催化乏风瓦斯燃烧性能的影响。结果表明,先焙烧后等离子体处理能提高催化剂的活性。催化剂的SEM,BET,XRD,XPS表征显示,焙烧前进行等离子体处理的催化剂较焙烧后进行等离子体处理的催化剂CuO晶粒尺寸增大了8倍,从而导致催化剂表面金属分散性明显降低,进而影响了催化效果。采用先等离子体处理方式制备的催化剂CuO颗粒团聚变大的原因为等离子体处理减弱了Cu与载体Al2O3之间的作用力,致使在后续焙烧过程中催化剂表面CuO颗粒变大。同时,焙烧后等离子体处理与焙烧前等离子体处理制得的催化剂比较,比表面积和孔容增大,而孔径变小。等离子体的处理顺序未改变催化剂中铜的化学价态。     

阳煤二矿桑掌乏风瓦斯氧化发电工程设计运行

阳煤二矿桑掌乏风瓦斯氧化发电工程引进国际先进的蓄热高温氧化技术将超低浓度瓦斯氧化处理,通过氧化余热回收用于供热和发电,冬季替代桑掌风井燃煤热风炉,实现清洁供暖。项目工程设计结合国家现有的设计规范、规程及相关专利技术,对乏风瓦斯氧化发电总体工艺流程、乏风瓦斯掺混系统及主要设备选型进行了优化设计。工程从2019年6月4日并网试运行,乏风瓦斯甲烷摧毁效率达到99.92%,乏风利用率达到40%,低浓度抽采瓦斯100%利用,实现了抽采瓦斯零排放。第三方检测机构对系统运行的各项环保排放指标进行了测试,结果显示项目氮、硫、尘近零排放。     

亚纳米Pd/S-1催化剂催化乏风瓦斯燃烧性能研究

煤矿开采导致乏风瓦斯的大量排出,不仅对环境造成较大影响,而且与我国“双碳”理念相违背。本研究通过一锅水热法制备了一种封装在Silicalite-1分子筛载体中的亚纳米Pd团簇催化剂。通过XRD、BET、SEM、XPS和TEM对催化材料的物相组成、孔结构参数、微观形貌、元素化学态以及活性组分Pd的存在状态进行表征,探讨了活性组分负载量、空速和反应温度对催化性能的影响。研究结果表明：采用一锅水热法成功将Pd团簇封装在Silicalite-1分子筛载体孔道内,制备出高分散度的亚纳米Pd团簇催化剂;随着Pd负载量的增加,催化性能呈现先升高后降低的趋势,这是由于Pd原子间产生团聚效应,导致部分Pd原子被包覆,降低了活性组分与反应物间的接触面积;以Silicalite-1分子筛为载体,可以促进活性位点骨架氧向表面羟基转化,有助于甲烷催化氧化。对比现有甲烷催化氧化工艺,本研究制备的催化剂具有催化活性高、制备方法简单、处理成本低等优点。     

一种新型煤矿乏风瓦斯收集装置研制

针对煤矿乏风瓦斯排放量大,造成环境污染、资源浪费等问题,对煤矿乏风瓦斯收集技术的调研、计算,研制了一套新型煤矿乏风瓦斯收集装置,并进行了工业性试验。该收集装置采用平行移动式结构,包括收集罩、桥架、主动轮、传动轴、收集风管、轨道、伸缩风管、伸缩风管吊架等多个部件。试验结果表明,该套装置达到了10万m³/h设计风量且运行安全可靠,切换顺畅,在满足乏风瓦斯收集品质的要求下,能有效降低对矿井扩散塔主排风机的阻力影响,同时更加经济有效,完全满足乏风瓦斯收集需求。     

变压吸附法分离富集乏风瓦斯的实验研究

利用变压吸附分离技术,富集分离煤矿采煤矿井的巷道内部乏风瓦斯,目的在于保证煤炭生产安全,同时实现低浓度甲烷资源再利用。实验采用自行设计的双塔式变压吸附设备和改性活性炭吸附剂,整个流程由常压吸附联合真空解吸2个部分构成。实验比较了2种不同的活性炭吸附剂对瓦斯的吸附性能,通过调整切换时间、改变反吹流量等参数考察了吸附分离前后甲烷浓度的变化规律,进一步优化了工况参数。结果表明,变压吸附法能够有效实现乏风瓦斯的分离与富集。     

乏风瓦斯混配装置调控系统设计研究

为了满足乏风瓦斯蓄热氧化工程中瓦斯经济浓度1.0%以上的要求,采用低浓度瓦斯和乏风瓦斯混配的方法,以提高乏风瓦斯浓度。针对混配后瓦斯浓度的稳定性和系统的安全性,开展了混配装置调控系统研究。设计了前馈控制和负反馈控制相结合的浓度调控方案,以及紧急情况应急处理方案。对调控系统进行了硬件设计和选型,并设计了调控系统上位机软件和下位机软件。     

煤矿乏风瓦斯氧化利用技术经济性分析

本文对煤矿乏风瓦斯利用技术进行了分析,以潞安集团潞宁煤矿为研究对象,开展煤矿乏风瓦斯氧化利用技术经济评价。结果表明:在不考虑碳交易情况下,乏风瓦斯利用项目处于亏损状态,通过引入CDM机制,可以极大提高乏风瓦斯利用项目经济性。     

逆流传热方式的乏风瓦斯氧化处理系统研发设计

热氧化是处理煤矿通风瓦斯主要方式。逆流传热方式的乏风瓦斯氧化处理系统,采用分段加热方式,不仅解决了氧化床传热问题,预热器的材质问题,以及取热系统安全问题,还改进了氧化床的结构,从根本上解决了当前蓄热式热氧化处理系统的诸多不足。不仅可以实现大规模连续处理,还可以获得3.4MPa以上的高温高压蒸汽,同时瓦斯浓度降至0.6%时系统仍有良好的经济性,并且最低处理浓度可降至0.167%以下。     

浅谈热催化燃烧式甲烷传感器检测瓦斯的适用性

介绍了甲烷传感器的结构及原理、技术性能及影响其性能的因素,探讨了使用载体催化元件的适应性问题.     

煤矿乏风瓦斯利用技术及应用前景

我国绝大部分煤矿乏风直接排放到大气中,不仅加剧了温室效应,而且造成了资源的浪费,因而迫切需要对煤矿乏风瓦斯利用技术进行研究。介绍了国内外煤矿乏风瓦斯的利用技术现状———辅助燃料利用技术和主要燃料利用技术,并对国内乏风瓦斯利用技术的应用前景进行了分析。