甲烷催化燃烧反应工艺研究进展-工业催化.PDFVIP

２０１４年１１月 工 业 催 化 Ｎｏｖ．２０１４ 第２２卷 第１１期　　　　　　　　　　　　　ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬＣＡＴＡＬＹＳＩＳ　　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ．２２　Ｎｏ．１１ 综述与展望 甲烷催化燃烧反应工艺研究进展 蒋　赛，郭紫琪，季生福 （北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，北京 １０００２９） 摘　要：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。 关键词：能源化学；甲烷；催化燃烧；反应工艺；固定床；流化床 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８１１４３．２０１４．１１．００２ 中图分类号：ＴＱ５１７．５；Ｘ７０１　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００８１１４３（２０１４）１１０８１６０９ Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｒｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈａｎｅ  ＪＩＡＮＧＳａｉ，ＧＵＯＺｉｑｉ，ＪＩＳｈｅｎｇｆｕ （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｓｏｕｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ ＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｆｌａｍｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｔｈｅｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈａｎｅｉｓａ ｃｌｅａｎａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅｔｈａｎｅｂｕｒｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｐｏｓｓｅｓｓｅｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅｉｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇａｎｄｔｈｅｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｍｅｔｈａｎｅｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍ ｂｕｓｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｍｅｔｈａｎｅｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｍｅｔｈａｎｅｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆ ｔｈｅｆｉｘｅｄｂｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｔｈｅｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｔｈｅｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆ ｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃａｎｄｅｎｄｏｔｈｅｒｍｉｃｒｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅｆｏｃｕｓｅｄ．Ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｃａｔａｌｙｓｔｓｕｓｅｄｉ