低濃度甲烷在銅基催化劑上的燃燒反應(yīng)及動(dòng)力學(xué)特性.pdf

1、低濃度甲烷廣泛存在于煤層氣及工業(yè)廢氣中，當(dāng)其在過(guò)渡金屬催化劑上燃燒時(shí)，其燃燒反應(yīng)特性及動(dòng)力學(xué)分區(qū)等有待進(jìn)一步深入研究；另外，低濃度甲烷在抽采時(shí)往往具有一定的含濕量，有必要弄清水蒸氣對(duì)其催化燃燒特性的影響規(guī)律。因此，對(duì)低濃度甲烷在銅為代表的過(guò)渡金屬催化劑上的燃燒反應(yīng)及動(dòng)力學(xué)特性展開(kāi)研究具有重要的學(xué)術(shù)意義及工程應(yīng)用價(jià)值。
　　采用Cu/γ-Al2O3顆粒作為催化劑，實(shí)驗(yàn)研究了低濃度甲烷在固定床微分反應(yīng)器中的催化燃燒及動(dòng)力學(xué)特性，分析了

2、催化劑在反應(yīng)前后的表面微觀結(jié)構(gòu)、催化活性及表面反應(yīng)物的變化，重點(diǎn)研究了表面氧對(duì)甲烷催化的影響，探討了氧的覆蓋率變化對(duì)甲烷催化活性的影響以及氧覆蓋率不同而引起的催化燃燒分區(qū)的遷移，通過(guò)水蒸氣對(duì)氧的可逆吸附與結(jié)合，分析了水蒸氣對(duì)甲烷催化活性以及相關(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律。
　　研究表明，甲烷在Cu金屬表面的催化反應(yīng)、氧化脫氫按反應(yīng)物分壓的差別可分為三個(gè)反應(yīng)區(qū)：富氧燃燒區(qū)（Region1，O2/CH4>2）、稀氧燃燒區(qū)（Region2

3、，0.1

4、kJ/mol,99.8kJ/mol,and60.8kJ/mol。由富氧區(qū)到缺氧區(qū)，反應(yīng)控速步驟由甲烷在吸附性氧上的脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)檠踉诨钚越饘賵F(tuán)簇上的活化。
　　另一方面，當(dāng)反應(yīng)氣流中含有水蒸氣時(shí)，甲烷催化反應(yīng)將明顯受到抑制。水蒸氣在反應(yīng)中可與催化劑表面活性氧發(fā)生吸附作用，并生成羥基。含水蒸氣氣氛下，甲烷轉(zhuǎn)化率快速下降，氮?dú)獯祾呖墒勾呋钚酝耆謴?fù)。在富氧條件下，氧分壓的變動(dòng)對(duì)含水蒸氣甲烷的反應(yīng)速率無(wú)影響，而甲烷分壓波動(dòng)對(duì)反應(yīng)速率影響較