MILD燃烧模式下CH_(4)燃烧NO_(x)生成特性及机理数值研究

采用计算流体力学(CFD)方法研究了低氧稀释(MILD)燃烧模式下CH_(4)燃烧NO_(x)生成特性及反应机理,采用考虑全组分扩散的层流有限速率模型耦合GRI Mech 2.11详细化学反应机理,计算结果与实验结果符合较好。结果表明:在MILD燃烧工况下,CH_(4)燃烧NO_(x)生成量约为10×10^(-6)且以NO为主。(NCO→NH→HNO→NO)、(NH_(2)→HNO→NO)、(NH_(2)→NH→HNO→NO)和(N→NO)是生成NO的主要路径,NO主要通过R274、R249、R250、R251和R255等反应被CH_(x)和HCCO还原。在MILD燃烧模式下CH_(4)燃烧的热力型机理较弱,NNH机理、N_(2)O中间体机理和快速型机理主导NO的生成。

基于Cu-Ce复合氧化物的低浓度CH_(4)催化燃烧性能及微观机理

我国每年通过乏风瓦斯排放大量CH_(4),造成严重的大气环境污染。催化燃烧法因其工作温度低、效率高,被认为是去除甲烷的有效途径之一。采用溶胶凝胶法制备了CuO-CeO_(2)、CuO和CeO_(2)三种催化剂,考察CH_(4)在(1%CH_(4),78%N_(2)和21%O_(2))气氛下的催化燃烧活性,并利用XRD、XPS、H_(2)-TPR、O_(2)-TPD等技术对催化剂的物理结构和表面性质进行表征。结果表明,Ce离子不但促进Cu物种在催化剂表面高度分散,并且其三价(Ce^(3+))和四价(Ce^(4+))之间转换提高了催化剂储放氧能力,有利于CuO-CeO_(2)提高催化剂活性。通过催化剂活性评价,得出3种催化剂的活性顺序为CuO-CeO_(2)>CuO>CeO_(2),再对活性最高的CuO-CeO_(2)催化剂开展分压反应动力学研究,确定甲烷在不同氧气/甲烷分压比下的反应速率,表明吸附的CH_(4)与吸附的O_(2)发生反应,CH_(4)在催化剂表面的氧化反应遵循L-H机理。基于原位红外光谱分析,提出了甲烷在CuO-CeO_(2)催化剂上的微观反应机理:CH_(4)吸附在CuO-CeO_(2)表面,再与CuO-CeO_(2)反应生成中间产物甲氧基物质(Cu-OCH_(3))和甲酸盐物质(Cu-OOCH),最后中间产物分解生成CO_(2)和H_(2)O,以达到完全氧化反应的目的。

CH_4在Cu/γ-Al_2O_3颗粒上催化燃烧分区及反应特性

采用固定床微分反应器,实验研究了甲烷在不同氧烷分压比（P_（O_2）/P_（CH_4））下Cu/γ-Al_2O_3催化剂上的反应速率及燃烧特性,确定了反应动力学分区,并探讨了甲烷催化燃烧反应的表面机理及动力学特性。结果表明,当P_（O_2）/P_（CH_4）〉2时,微分反应器中的反应速率与CH_4分压成正比而与O_2分压无关,催化剂表面呈饱和氧吸附状态;0.1〈P02／PcH4〈2时，反应速率受CH4和02分压的共同影响，吸附氧未完全覆盖活性位表面；当0〈PO2／PCH4〈0.1时，反应速率仅与02分压呈正比关系，与CH4无关，金属表面裸露，表面吸附氧被快速吹离。动力学研究表明，3个反应动力学区间所对应的催化剂表面吸附氧覆盖率有明显不同，3个区间依次为（O＊）、（O＊＋＊）和（＊），所对应的表观活化能依次下降146．3kJ／mol、99.8kJ／mol、60.8kJ／mol。