甲烷高温催化燃烧研究进展

甲烷催化燃烧具有环保、高效、节能等诸多优点,引起人们广泛的关注。综述了甲烷高温催化燃烧的研究现状,对甲烷燃烧催化剂材料的研究进展作了介绍,阐述了甲烷高温催化燃烧反应器的概况。     

甲烷催化燃烧催化剂催化理论与应用研究进展

概述了甲烷催化燃烧催化剂的研究现状,从组成甲烷燃烧催化剂的3个部分（基体、活性组分、氧化物载体）分别加以论述。通过掺杂一些金属和金属氧化物,不但可以提高高活性贵金属催化剂的热分解温度,还可以提高高温催化剂（如钙钛矿和六铝酸盐材料等）的催化活性。最后简要综述了甲烷催化燃烧反应机理。     

单双钙钛矿型甲烷燃烧催化剂制备方法及应用进展

甲烷催化燃烧是一种效率高、污染低的能源利用和废气处理技术.该反应在高温、高空速下进行,对催化剂的结构和性质有特殊要求.钙钛矿型催化剂由于其独特的物理化学性质,在甲烷催化燃烧反应中得到广泛应用.本文主要对溶胶凝胶法和非晶态合金法制备钙钛矿型催化剂作了探讨.最后,对该领域目前存在的问题和未来的研究方向进行了讨论.     

甲烷催化燃烧反应工艺研究进展

甲烷催化燃烧是一种清洁高效的甲烷燃烧技术,在节能减排中具有重要的应用价值。从催化剂、反应工艺和过程强化等方面对近年来甲烷催化燃烧技术进行综述,重点介绍颗粒催化剂固定床反应工艺、整体式催化剂反应工艺、流化床反应工艺和吸放热耦合反应工艺研究进展。用于固定床反应器的颗粒催化剂主要为负载型贵金属催化剂和非贵金属氧化物催化剂。贵金属催化剂活性好,起燃温度低,适合低浓度甲烷的催化燃烧。非贵金属氧化物催化剂耐高温性好,适合较高浓度甲烷燃烧体系。整体式催化剂的甲烷催化燃烧反应工艺中,最常用的是蜂窝陶瓷和金属合金等整体式催化剂的多段式催化燃烧反应器的设计。设计直接采用多段式整体催化剂,催化剂的位置不同,发挥的催化作用也不同。流化床催化燃烧装置具有燃烧过程接触面积广、热容量大和换热效率高等特点,可有效避免传统的固定床催化燃烧反应工艺存在的问题,非常适合应用于低浓度甲烷的催化燃烧过程。利用甲烷催化燃烧强放热的特点,将催化燃烧产生的热量进行时间或空间的耦合,可以开发出吸-放热耦合反应工艺。其中,固定床催化反应器中的流向变换强制周期操作作为一种高效的过程强化技术,在节约反应器成本的同时,可以提高反应热量的利用率。     

目前稀土型甲烷高温燃烧催化剂研究进展

催化燃烧技术以低污染、热效高为特点，受到许多国家普遍的关注。本文综述了稀土型甲烷高温燃烧催化剂目前研制现状，方向以及存在的问题。     

甲烷催化燃烧的实验研究

在含铂的Ｍｏｎｏｌｉｔｈ催化剂上进行了甲烷的催化燃烧反应。实验表明，室温下必须先用氢气来点火，甲烷才能催化燃烧。甲烷催化燃烧的允许工作温度为９００～１１００℃，过低的温度导至熄火，过高则会使铂催化剂失活。在实验的反应条件下，甲烷进料浓度范围很窄为４％—６％（体积）。为实现甲烷的稳定燃烧必须对反应条件提出较高的自动化要求     

微型燃烧器内甲烷预混催化燃烧的数值研究

微尺度燃烧存在热量损失大、易熄火、燃烧不完全、转化效率不高等问题,因此对微型燃烧器内甲烷的燃烧采取预混催化燃烧方式来提高燃烧的稳定性和转化效率,为微型发动机碳氢燃料燃烧技术奠定基础。采用连续介质层流有限速率模型和二阶离散方法对微型燃烧器微流道内的催化燃烧、流动和传热进行了三维数值模拟。结果表明,甲烷质量流量和过量空气系数对催化转化效率有一定影响,壁面温度是影响催化转化效率的主要因素。甲烷质量流量、壁面温度与最佳过量空气系数之间具有一定的变化关系。可根据催化温度选择富燃料或富氧燃烧方式来提高微尺度催化转化效率。恒壁温边界条件下,催化燃烧主要发生在燃烧腔的下壁面。     

天然气催化燃烧理论和应用

在一个置于大气压下,稳态的滞止点流动反应器内的多晶铂箔上,对贫甲烷/氧气/氮气混合气体的燃烧进行了实验研究,同时用数值模拟方法重现了实验结果.从实验和模拟的角度提出了燃料转化率和一氧化碳选择性与铂表面温度(一直到超过了单相点燃温度区)的关系,铂表面的异相反应抑制了气相氧化反应的程度,并且提高了单相点燃的表面温度.实验观察到的抑制作用比预料的要强烈,实验表明在催化燃烧的高温区,抑制作用在这一较大区域里一直起主导作用.在此理论的指导下,开发研制催化燃烧V型冷凝锅炉,其排出的烟气平均温度仅为21℃.热效率也会随之提高,平均为100%左右.天然气高温催化燃烧排放物NO_x、CO已低于4×10~(-6),达到近零污染排放,同时燃烧效率达近100%.且因催化燃烧与普通不能完全燃烧相比具有节能的优势.     

不同方法制备K2MnAl11O19六铝酸盐催化剂及其甲烷的燃烧活性

介绍了共沉淀法和异丙醇盐水解法制备了六铝酸盐催化剂K2MnAl11O19,用XRD、BET、SEM和TG-DTA技术及甲烷燃烧活性对催化剂进行了表征和活性验证。结果表明,两种方法所制备的催化剂经1200℃焙烧4h后均可以形成完整的六铝酸盐晶型,同时都具有高的催化性能和高温稳定性,其中异丙醇盐水解法制备的K2MnAl11O19催化剂具有较高的比表面积和甲烷催化燃烧活性。     

燃烧处理挥发性有机污染物的研究进展

随着环境问题的日益严重,治理作为PM_2.5前体的挥发性有机物（VOCs）越来越受到重视,燃烧法是目前常用的处理VOCs污染物技术之一。本文从燃烧的机理出发综述了燃烧法处理VOCs的研究进展,将燃烧法分为两大类,即非催化燃烧法和催化燃烧法。非催化燃烧法中从燃烧方式出发,总结了直接燃烧法、蓄热式热力燃烧法、多孔介质燃烧法的研究进展,并对燃烧影响因素进行了综述。在催化燃烧法中阐述了贵金属催化剂、非贵金属催化剂和复合金属氧化物催化剂的研究进展,探讨了催化剂的失活问题,分析了每种催化剂的优势与不足。贵金属催化剂活性高,但是价格昂贵、稳定性差;非贵金属催化剂价格低廉、寿命长,但是起燃温度高;复合金属氧化物催化剂活性高、抗毒性强,但是制备工艺复杂。最后基于目前的研究现状和不足,展望了未来燃烧法处理VOCs的研究方向为：结合实际应用的工艺条件和催化燃烧的机理,制备出活性高、价格低廉、抗毒性强和寿命长的催化剂用于蓄热式催化燃烧技术;将催化燃烧和多孔介质燃烧相结合,开发出高效、稳定、经济的燃烧技术处理VOCs污染物。     

煤矿乏风瓦斯利用技术概况

叙述了国内外乏风瓦斯的利用现状及技术开发进展,以及低浓度甲烷催化燃烧催化剂的研究现状。同时对乏风瓦斯催化燃烧催化剂进行了探索性筛选实验,通过实验发现,Mn-Co/Al2O3复合氧化物催化剂对乏风瓦斯催化燃烧效果较好,可以作为重点进行研究。     

乏风瓦斯流向变换催化燃烧试验研究

为实现低浓度瓦斯气体的高转化率,满足实际工程低温排气的要求,设计制作一套新型流向变换蓄热催化燃烧反应器,并利用模拟气体进行催化燃烧实验研究。结果表明,气体流量为70 L·min^-1、燃烧反应温度控制在500 ℃和甲烷体积分数为0.2%时,甲烷催化燃烧转化率超过80%,出口气体温度低于60 ℃。该系统能满足工程低温排气要求。     

Application concepts and evaluation of small-scale catalytic combustors for natural gas

Basic application concepts of catalytic combustion are roughly classified into three types, and the development of catalysts, combustion performance and applicability are stated. On the diffusive catalytic combustion method, completeness of methane combustion and its reaction mechanism have been demonstrated by detailed combustion analysis of the burner and reaction kinetics. On the adiabatic lean premixed catalytic combustion method, applicability of a high-temperature catalyst system based on Mn-substituted hexaaluminate monolithic honeycomb to a 1.5 MW gas turbine combustor has been investigated through pressurized combustion tests and prototype engine-rig tests. As a result, a good outlook of the basic technical problems to overcome including the catalyst durability and the combustor control method was obtained, but another problem was that of the combustor capacity. In view of the progress of the non-catalytic lean premixed combustion method, it was concluded that a hybrid catalytic combustion method limiting catalytic combustion to the low-temperature range in this concept might become efficient in the future, but that it would depend on the development of efficient catalysts initiating their activity at about 350°C and having durability at 1000°C.     

负载型钯催化剂上甲烷催化燃烧的研究进展

概述了负载型钯催化剂对甲烷完全氧化的催化机理,以及钯催化剂在甲烷催化燃烧中的性能特点。     

LaCu1-xMnxO3催化剂的制备及其催化甲烷燃烧研究

研究了甲烷在LaCu1-x Mn x O3钙钛矿催化剂上的低温催化反应,考察了不同量锰离子和铜离子进行复合掺杂对催化剂结构物理性质和催化性能的影响。结果表明,催化剂在600℃焙烧后,可以形成完整的钙钛矿晶型;锰离子的掺杂对于催化剂的结构有较大的影响,比表面积有所增大,LaCuO3催化剂的活性明显升高,其中LaMnO3催化甲烷燃烧的活性最好。     

低浓度甲烷流向变换催化燃烧反应研究

将制备的整体式催化剂应用于小型流向变换催化燃烧反应系统上,在甲烷初始浓度为0.2%,气量为30 L·min-1,换向半周期为10 min的工况条件下考察了不同预热温度对甲烷催化燃烧活性的影响以及反应系统床层轴向温度分布情况。结果表明,随着预热温度升高,甲烷催化燃烧活性呈现升高的趋势,同时,在催化剂中添加助剂元素Pt可以提高催化剂催化活性;催化剂的预热温度对反应器床层温度分布影响较大,特别是反应系统的催化段。