低浓度甲烷流向变换催化燃烧取热技术-北京化工大学.PDFVIP

第 33 卷 第 5 期 北 京 化 工 大 学 学 报 Vol. 33 , No. 5 2006 年 JOURNAL OF BEIJ IN G UN IV ERSIT Y OF CHEMICAL TECHNOLO GY 2006 低浓度甲烷流向变换催化燃烧取热技术 王 　盈 　朱吉钦 　李成岳 (北京化工大学 可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室 , 北京 　100029) 摘 　要 : 采用国产负载贵金属催化剂在小型中试装置上对低浓度甲烷流向变换催化燃烧反应特性进行了实验研 究 。考察了床层中间不取热 ,从一个拟定态到另一个拟定态过渡过程中 ,床层轴向温度的变化 , 以及在达到拟定态 之后同一换向周期内不同时刻反应器内温度的轴向分布特征 。结果表明 , 甲烷流向变换催化燃烧反应床层的热量 是随着反应的进行逐步累积起来的 ,并且换向周期是一个重要的操作参数 。在此基础上 ,考察了床层中间取热条 件下 ,拟定态床层轴向温度分布特征 ,并将其与中间不取热温度分布特征进行了比较 。结果表明 ,取热能明显降低 热波峰值 ,防止催化剂被烧坏 ,并且在一定条件下反应仍能维持自热操作 ,并能回收一定的热量 。 关键词 : 甲烷 ; 催化燃烧 ; 流向变换反应器 ; 取热 中图分类号 : TQ517. 5 　　甲烷的温室效应是 CO2 的 21 倍 ,直接排放到 报道 。中间取热实验装置的流程如图 1 所示 。 大气中势必会造成严重后果 。传统的处理方法是将 甲烷直接燃烧 , 由于 甲烷燃烧 的温度很高 , 接近 1200 ℃, 因此在燃烧过程中会产生 NO x ,形成二次 ( 污染 。于是反应温度相对较低的催化燃烧方法 一 ) 般在 600 ～800 ℃ 成为处理低浓度 甲烷的优选方 法 。流向变换催化燃烧反应器集固定床催化反应器 和蓄热换热器于一体 ,显著地提高了热回收效率 ,与 普通催化燃烧相比,大大降低了可 自热操作的有机 物最低浓度[13 ] , 因此特别适合于低浓度 甲烷的高 效催化燃烧 。国外学者已利用不同型式的反应器对 低浓度甲烷流向变换催化燃烧以及高温时热量的移 1 —甲烷钢瓶 ;2 —冷凝器 ;3 —气液分离器 ;4 —质量流量计 ;5 —稳 取进行了实验考察[46 ] ,并进行了模型化与模拟研 压阀;6 —电磁阀;7 —反应器 ;8 —换热器 ;9 —转子流量计 ;10 —水 究[78 ] 。本文介绍利用小型中试反应装置在国产负 槽 ;A —惰性填料 ;B —催化剂 图 1 　低浓度甲烷流向变换催化燃烧制热 载贵金属催化剂上进行的低浓度甲烷流向变换催化 实验装置流程示意图 燃烧反应特性的实验研究结果 , 以及在此基础上就 Fig. 1 　Schematic illustration of heat extraction from a re 取热对流向变换反应床层轴向温度分布曲线影响的 verse flow reactor for methane catalytic combustion 研究 。 实验中 ,气体的流向变换由两个一组共两组四 个电磁阀 ,交替开闭控制 ,反应器的预热由缠绕在器 1 　实验部分 壁外的电加热带控制 。在反应器轴向上 14 个不同 11 　实验装置 的位置焊有热电偶套管 ,套管沿径向深入至反应器 未取热的实验装置流程示意图已如文献[ 9 ] 中