超低浓度煤层气在流态化蓄热装置中的燃烧特性

超低浓度煤层气中甲烷体积分数低于5%,常规技术很难加以利用,而含有石英砂颗粒的流态化蓄热装置对超低浓度煤层气的燃烧利用提供了平台。为此,采用数值模拟的方法,研究了含有不同甲烷浓度的超低浓度煤层气在流态化蓄热装置中的燃烧特性,并和绝热燃烧时的工况进行了对比,分析了燃烧特性、蓄热特性、氮氧化物生成等变化规律。结果表明,流态化蓄热装置在煤层气的体积分数不低于3%时可以维持燃烧;与采用绝热工况相比,采用蓄热颗粒之后,燃烧反应向布风板方向移动,并主要发生在蓄热颗粒组成的床层以内;燃烧后氮氧化物排放量极少。     

催化燃烧法用于煤层气脱氧的研究进展

对已报道的国内煤层气开采及脱氧的研究进展进行了综述,介绍了贵金属和非贵金属(过渡金属氧化物型、钙钛矿型等)两类催化剂催化燃烧甲烷在低浓度煤层气脱氧中的研究进展,并对两类催化剂脱氧机理进行了阐述,简要介绍了低浓度煤层气脱氧工艺改进,并在此基础上提出了煤层气脱氧中需要解决的问题和应用前景。     

Pd/Co_3O_4催化剂上低浓度甲烷催化燃烧

采用沉淀法制备了Co3O4载体、浸渍法制备了Pd/Co3O4催化剂,对Pd/Co3O4催化剂上的低浓度甲烷燃烧反应进行了研究,考察了焙烧温度、Pd负载量及预处理条件等对其催化性能的影响。结果表明,随着焙烧温度的升高(从550℃到700℃),Co3O4结晶度提高,PdO颗粒增大,催化剂的比表面积和甲烷催化燃烧活性降低。随着钯负载量的增加,Pd/Co3O4催化剂的活性有所提高,但Pd含量高的催化剂,甲烷催化燃烧稳定性较差。550℃下焙烧Pd质量分数为1.0%的Pd/Co3O4催化剂对低浓度甲烷燃烧具有较好的低温催化活性和稳定性,甲烷转化率达到50%时的反应温度为416℃,500℃下运行96 h后,甲烷转化率仍然维持在90%以上。     

基于工业化应用视角的低浓度甲烷催化燃烧催化剂研究进展

甲烷是具有快速增温效应的短寿命强势温室气体,我国以井工开采为主的煤矿开采方式使煤矿甲烷成为我国能源活动甲烷排放的最主要来源,但目前针对低浓度甲烷仍没有高效的利用方式。甲烷催化燃烧可在较低温度下将甲烷完全转化为二氧化碳,是一种高效、环保的利用方式,有利于减少资源能源浪费,兼具环境、安全和能源效益。甲烷分子具有较高的结构稳定性,尤其是低浓度甲烷在温和条件下催化燃烧更具挑战性。基于工业应用视角,围绕实际工况条件对催化剂的要求,重点从催化剂的活性、热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性等4个方面的研究进展进行综述,分析甲烷催化燃烧催化剂应用面临的难点及未来发展趋势,旨在为开发适用于工业化应用的乏风瓦斯甲烷催化燃烧催化剂研究提供参考借鉴。     

甲烷燃烧催化材料的高效制备及性能研究

在超声波条件下,采用等体积浸渍法制备了负载型催化剂PdO/CeO_2-Al_2O_3,研究了其甲烷燃烧催化性能,并考察了活化方式对催化性能的影响。应用H_2-TPR和O_2-TPD法,分别表征了催化剂表面氧的反应与吸附性能。以H_2S为硫源考察了催化剂的抗硫中毒性能以及硫中毒模式。结果表明:快速活化的PdO/CeO_2-Al_2O_3催化剂具有良好的反应活性和抗H2S中毒性能。硫含量测试显示,经过高温再生后,催化剂表面仍有大量硫物种存在,说明高温活化并不能使催化剂的活性完全恢复。     

Pd基催化剂载体对天然气催化燃烧影响的研究进展

天然气广泛应用于化学品合成和交通运输等领域。甲烷作为天然气的主要成分,具有强温室效应,其不完全燃烧会对环境产生不利影响。催化燃烧技术是解决甲烷不完全燃烧问题的有效方法,其中钯（Pd）基催化剂是该技术的核心,而载体是影响Pd基催化剂甲烷催化燃烧催化活性的重要因素。首先,阐述了甲烷催化燃烧的机理。其次,总结了近年来国内外Pd基催化剂的研究进展：对于多孔颗粒载体型Pd基催化剂,研究聚焦于提升Pd分散性、稳定性与耐热性,以增强催化活性并降低Pd负载量,从而减少成本;而对于整体型Pd基催化剂,研究聚焦于提升有效比表面积、传热传质效率与结构稳定性,以适应大通量甲烷催化燃烧。最后,对用于甲烷催化燃烧的Pd基催化剂载体的未来研究发展趋势进行了展望,包括优化整体型Pd基催化剂骨架载体的涂敷工艺以提高催化效率、采用新型材料替代传统载体材料以制备高性能催化剂,以及进行载体全周期寿命实验以确保催化剂的长期稳定性。     

甲烷催化燃烧整体型催化剂研究进展

甲烷催化燃烧是一种高效率、低污染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。整体型催化剂因压降低、催化效率高、机械强度和热稳定性好等特点,在甲烷催化燃烧反应中得到广泛应用。本文对贵金属、钙钛矿、六铝酸盐、金属复合氧化物四类整体型催化剂在甲烷催化燃烧中的应用进行了评述,包括各自优缺点、制备方法、最新进展等。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。     

Co-Cu复合氧化物催化剂催化低浓度瓦斯燃烧性能研究

催化燃烧是目前转化与利用低浓度瓦斯的有效方法之一。为探究制备工艺对Co-Cu复合氧化物催化剂催化低浓度瓦斯燃烧性能的影响，分别采用溶胶-凝胶法和共沉淀法，制备了Co-Cu复合催化剂，并用于低浓度瓦斯催化燃烧反应(甲烷体积分数为1.69%)。考察了制备方法、焙烧温度和n(Co):n(Cu)对催化剂性能的影响，并运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征。结果表明，适宜的催化剂焙烧温度为400℃、n(Co):n(Cu)为1:1，该条件下制备的催化剂催化活性最高。在该条件下，与溶胶-凝胶法制备的催化剂(n(柠檬酸):n(金属离子)为3:2)相比，共沉淀法制备的催化剂具有更高的催化活性，其甲烷转化特征温度t₁₀、t₅₀和t₉₀(分别指甲烷转化率为10%、50%、90%时的温度)分别降低了6℃、70℃和1℃。     

柴油车尾气氧化催化剂硫磷中毒研究进展

柴油车尾气氧化催化剂(DOC)是柴油车污染物排放后处理系统的重要组成部分,主要作用是有效去除未完全燃烧产生的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC),并将部分一氧化氮(NO)氧化为二氧化氮(NO₂),促进后续柴油颗粒捕集器(DPF)再生和氨选择性催化还原(NH₃-SCR)反应。但在实际运行时,处于整个后处理系统最前端的DOC不可避免地会受到柴油以及润滑油中硫化物和磷化物的毒化,从而影响催化剂后处理的净化效率。本文从硫磷对DOC催化性能的影响、硫磷中毒机制和缓解硫磷中毒策略3个方面详细综述了DOC催化剂硫、磷及硫磷复合中毒的研究进展,并针对DOC硫、磷中毒的科学研究与实际应用之间存在的差距,展望了未来抗硫磷中毒DOC催化剂的发展方向。     

低浓度甲烷氧化催化剂的研究进展

虽然煤矿乏风(VAM)中甲烷含量很低,但其每年向大气排放的甲烷数量巨大,引起严重的温室效应问题。催化燃烧是处理和有效利用VAM的途径,而其关键是高效催化剂的研发。目前乏风催化燃烧催化剂仍存在催化活性和稳定性低的问题。本文对甲烷燃烧催化剂的种类及助剂的影响进行了综述,预测了新型功能材料在乏风利用中的潜在应用前景。     

组合气-固环流床与常规气-固环流床流动特性的比较

针对石油炼制装备中所涉及的组合气-固环流床和常规气-固环流床,通过大型冷模实验对二者整体流动特性和局部流动特性进行了对比研究。结果表明：在导流筒区表观气速、环隙区表观气速和床层内颗粒静床高度相同的条件下,组合气-固环流床和常规气-固环流床的导流筒区整体平均固含率、环隙区整体平均固含率及两区整体平均固含率差差别较小,组合气-固环流床内的颗粒环流速度较大。在床层各区域局部流动特性上,在分布器区和导流筒区下部,组合气-固环流床的局部固含率和颗粒速度均较大;在导流筒区中部,二者的局部固含率和颗粒速度均差别较小;在导流筒区上部和气固分离区,组合气-固环流床的局部固含率较小,颗粒速度较大;在环隙区,二者的局部固含率差别较小,而组合气-固环流床的颗粒速度较小。     

不同曳力模型对提升管内气固流动特性的影响

在考虑稠密气固两相流中颗粒具有非均匀流动特性的情况下,提出了基于颗粒团聚效应的气固相间曳力模型,数值模拟循环流化床提升管内气固两相的流动特性。模拟计算时考虑气固相间的作用力,壁面处气相采用无滑移边界条件,固相采用考虑颗粒与壁面的碰撞和颗粒与壁面的简单摩擦作用的壁面边界条件。结果表明,考虑颗粒团聚效应的曳力模型能很好地反映提升管内气固两相流动特性,模拟结果比应用Gidaspow曳力模型的计算结果更接近文献[16]的试验结果。     

流化床甲烷临氧CO_2自热重整制合成气研究

采用分步浸渍方法,制备了高分散的Ni/MgO-SiO2催化剂,并在固定床和流化床反应器中对该催化剂用于甲烷临氧CO2自热重整制合成气反应进行了评价。反应结果表明,催化剂在两种反应器中均表现出接近热力学平衡的初活性;随着空速的变化及反应时间的延长,催化剂的活性在两种反应器中表现出明显的差异。采用TEM测试手段对反应后的催化剂进行表征。结果表明,流化床反应器对反应过程、消除积碳及控制活性组分晶粒烧结有较明显的促进作用。与固定床反应器相比,流化床反应器是适合甲烷临氧CO2自热重整制合成气的反应器。     

催化裂化提升管中的流动结构及气固接触效率

在循环流化床冷模实验装置上对催化裂化提升管中的流动结构及气固接触效率进行详细研究,根据气体和颗粒的分布情况,定义相对气固接触效率(RCE)和截面平均气固接触效率(CCE)。研究结果表明:提升管中存在不均匀的轴、径向流动结构,不利于催化裂化反应;催化裂化提升管在边壁区的相对气固接触效率较高, 截面平均气固接触效率随着提升管高度的增加而快速减小。     

低甲烷浓度煤层气部分预混式旋流燃烧器燃烧特性的实验研究

针对低甲烷浓度煤层气的特点,设计了150kW部分预混式旋流燃烧器,实验研究了燃烧器结构对低甲烷浓度煤层气燃烧的影响,考察了低甲烷浓度煤层气在燃烧器内的速度分布特性、旋流强度及甲烷浓度变化对温度分布的影响规律。结果表明:加装钝体结构的旋流燃烧器在燃用甲烷体积分数为20%的煤层气时,火焰长度降低,射流刚性增强,燃烧高效稳定;Z轴的逆轴向速度梯度范围随着直旋配风比的增加逐渐增大,射流刚性提高,中心回流区域变大;R轴的逆轴向速度梯度范围随着距离燃烧器喷口距离的增加逐渐缩小,回流区域变小,卷吸高温烟气的能力下降,不利于高效稳定燃烧;燃烧器喷口中心处的旋流强度随热负荷的增加而逐渐增大;当热负荷增加到50%以后,旋流强度随过量空气系数的增大而小幅度波动;当煤层气中甲烷体积分数为20%~30%时,随着甲烷浓度的增加,燃烧器出口的火焰形状呈现出变短变窄的趋势,燃烧稳定性提高,出口温度不超过1 000K,可以有效避免喷口被烧坏。     

煤层气利用新方案

在介绍煤层气的常规利用方案的基础上，提出了两种利用煤层气的新方案：一是采用变压吸附技术，纯化瓦斯气，将低浓度瓦斯气浓缩为高浓度瓦斯气，加压后成为CNG，用作CNG气源或较远距离城市的天然气气源；二是在第一种方案的基础上，将高浓度瓦斯气全部采用深冷法加以液化，生产LNG，并将LNG运送至更远距离用作LNG加气站、CNG加气站气源。最后还以松藻煤电公司为例，作了新方案的工程预算     

煤层中甲烷水合物存在可能性探讨

之所以进行此项研究，就是力图使煤层气和瓦斯研究者重视煤层中甲烷水合物的存在，拓展煤层气或天然气水合物研究领域。为此，依据目前形成甲烷或天然气水合物的物质基础和温度压力的最新研究成果，结合煤层气形成及组成、含气煤层条件和煤的孔隙特征，探讨了煤层中甲烷水合物形成的可能性，并对煤层中甲烷水合物的相关问题进行了初步讨论。研究表明：①煤层中存在着甲烷水合物形成的物质、储存和温压条件；②煤的微孔结构和煤层气组成，特别是重烃组分有利于甲烷水合物在煤中的形成；③煤层中不仅存在着吸附态、游离态和溶解态甲烷，而且还存在着固态水合物甲烷；④煤层周围的岩层中也可能存在非常规天然气水合物。煤层气勘探开发和瓦斯防治过程中应重视煤层及其围岩中甲烷水合物的存在，对此还有大量的研究工作要做。     

低甲烷浓度煤层气的水合物法提纯实验

低甲烷浓度煤层气提纯是煤层气资源开发利用的一个重要发展方向,但是甲烷回收率低是低甲烷浓度煤层气提纯技术急需解决的关键问题。为此,采用气体水合物方法对低甲烷浓度煤层气进行提纯实验研究,向反应体系引入环戊烷降低气体水合物相平衡条件并提高甲烷回收率。采用等温压力搜索法测定了低甲烷浓度煤层气在环戊烷—水体系中的水合相平衡数据,并在等温等压条件下研究了生长驱动力和环戊烷浓度对甲烷回收率的作用规律。结果表明:1环戊烷对低甲烷浓度煤层气生成气体水合物的相平衡条件具有显著的促进作用。2甲烷回收率随着生长驱动力的升高而减小,随着环戊烷浓度的升高而增大。压力升高后,氮气将与甲烷竞争进入气体水合物晶体,导致甲烷回收率下降;在283.4K、2.6MPa和13%环戊烷浓度的实验条件下,甲烷回收率高达46.1%。3经过二级水合分离后,煤层气的甲烷浓度从30%提高到了72%。该项成果为低甲烷浓度煤层气提纯技术的发展提供了基础数据和实验依据。     

COMBUSTION CHARACTERISTICS OF EXTRACTIVELY DISINTEGRATED COAL OBTAINED AFTER RECOVERY OF SUPER CLEAN COAL BY ORGANOSOLVO- REFINING AND CHEMICALLY DEPOLYMERIZED COALS AND UNTREATED COALS BY THERMOGRAVIMETRIC ANALYSIS IN OXIDIZING ATMOSPHERE

Indian coals and lignite were subjected to TGA studies in an oxidizing atmosphere (natural flow of air) as well as in a nitrogen atmosphere. The catalytic effect of mineral matter on the combustion of coals was more predominant in bituminous coals containing 36 to 42 % volatile matter (VM) than of VM and oxygen contents of the coals. In comparison to the original coal, the depolymerized coal and the residue obtained from extractive disintegration or organosolvo-rafining of coal under ambient pressure conditions showed higher rates of combustion at relatively lower temperatures. The depolymerization reaction enhanced the devolati1ization of coal in an inert atmosphere, whereas the organosolvo-refining of coal decreased the same. The reasons for the enhancement in the reactivity for combustion of chemically and solvent pretreated coals are discussed. The process of recovery of solvent refined coal through extractive disintegration or depolymerization affords a super clean fuel having high calorific value and renders the combustion of the residual coal pollution free by recircu1atory fluidized bed combustion. Several value added uses for super clean coal hava been suggested.