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低浓度合成气催化燃烧实验研究

发布时间:2018-10-18 13:37
【摘要】:低浓度燃料分布广泛,总量巨大,包括煤矿通风瓦斯气和高炉煤气等。低浓度燃料中可燃成份的浓度较低,常温下使用点火燃烧方式很难利用。催化燃烧是一种利用低浓度燃料的有效方式,催化燃烧可很大程度地降低可燃成份的活化能,能够利用大多数的低浓度燃料。本论文的研究内容主要在以下三个方面:首先,建立了催化燃烧的数学模型和化学反应动力学模型。以低浓度甲烷为燃料,分析了壁面温度、入口流速、燃料浓度和对流换热系数等参数对甲烷催化燃烧的影响。以低浓度合成气为燃料,分析了氢气浓度对甲烷催化燃烧的影响。采用朗缪尔-欣谢尔伍德模型,建立了水蒸气影响催化燃烧的模型,分析了入口温度和水蒸气含量对催化剂活性空位的影响,以及对甲烷转化率的影响。然后,搭建了催化燃烧实验台。主要工作在于实验台系统设计,电加热器、高温氧化室、催化燃烧室等关键部件的设计,选择合适规格参数的温度传感器、压力传感器和涡街流量计,通过记录仪系统记录测量数据。选用整体式蜂窝状堇青石催化剂载体,采用ZrO2/γAl2O3/Pd作为催化剂。最后,开展了催化燃烧和高温氧化实验研究。首先以低浓度甲烷、氢气、一氧化碳和合成气为燃料,分析了入口温度、燃料浓度、入口流速和合成气组份对催化燃烧反应的影响。其次分析了反应温度、燃料浓度、入口流速和合成气组份对高温氧化反应的影响。最后在低浓度合成气中加入一定量的水蒸气,分析水蒸气对催化燃烧的影响。
[Abstract]:Low-concentration fuel is widely distributed and the total amount is huge, including coal mine ventilation gas and blast furnace gas. The combustible component in low concentration fuel is low, and it is difficult to use igniting combustion mode at room temperature. Catalytic combustion is an effective way to make use of low concentration fuels. Catalytic combustion can greatly reduce the activation energy of combustible components and make use of most low concentration fuels. The main contents of this thesis are as follows: firstly, the mathematical model of catalytic combustion and the kinetic model of chemical reaction are established. The effects of wall temperature, inlet velocity, fuel concentration and convection heat transfer coefficient on the catalytic combustion of methane were analyzed using low concentration methane as fuel. The effect of hydrogen concentration on methane catalytic combustion was analyzed using low concentration syngas as fuel. The Langmuir-Hinsherwood model was used to establish the model of the influence of water vapor on catalytic combustion. The effects of inlet temperature and water vapor content on the active vacancy of the catalyst and the methane conversion were analyzed. Then, the catalytic combustion test bench was built. The main work lies in the design of the experimental system, the design of the electric heater, the high temperature oxidation chamber, the catalytic combustion chamber, and the selection of temperature sensors, pressure sensors and vortex Flowmeters with suitable specifications. Record the measured data through the recorder system. The monolithic honeycomb cordierite catalyst carrier and ZrO2/ 纬 Al2O3/Pd were used as catalyst. Finally, catalytic combustion and high temperature oxidation experiments were carried out. Firstly, the effects of inlet temperature, fuel concentration, inlet flow rate and composition of syngas on the catalytic combustion reaction were analyzed using low concentration methane, hydrogen, carbon monoxide and syngas as fuels. Secondly, the effects of reaction temperature, fuel concentration, inlet flow rate and composition of syngas on the oxidation at high temperature were analyzed. Finally, a certain amount of water vapor was added to the low concentration syngas to analyze the effect of water vapor on catalytic combustion.
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TK16

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