低濃度甲烷在銅基催化劑上的燃燒反應(yīng)及動力學(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)其在過渡金屬催化劑上燃燒時，其燃燒反應(yīng)特性及動力學(xué)分區(qū)等有待進一步深入研究；另外，低濃度甲烷在抽采時往往具有一定的含濕量，有必要弄清水蒸氣對其催化燃燒特性的影響規(guī)律。因此，對低濃度甲烷在銅為代表的過渡金屬催化劑上的燃燒反應(yīng)及動力學(xué)特性展開研究具有重要的學(xué)術(shù)意義及工程應(yīng)用價值。
　　采用Cu/γ-Al2O3顆粒作為催化劑，實驗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，重點研究了表面氧對甲烷催化的影響，探討了氧的覆蓋率變化對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，通過水蒸氣對氧的可逆吸附與結(jié)合，分析了水蒸氣對甲烷催化活性以及相關(guān)反應(yīng)動力學(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簇上的活化。
　　另一方面，當(dāng)反應(yīng)氣流中含有水蒸氣時，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，氮氣吹掃可使催化活性完全恢復(fù)。在富氧條件下，氧分壓的變動對含水蒸氣甲烷的反應(yīng)速率無影響，而甲烷分壓波動對反應(yīng)速率影響較