低浓度合成气催化燃烧实验研究

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1、上海交通大学硕士学位论文低浓度合成气催化燃烧实验研究硕士研究生：耿孝儒学号：1120209215导师：翁一武教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterLowconcentrationsynthesisgascatalyticcombustionexperimentanalysisCandidat

2、e：GengXiaoruStudentID:1120209215Supervisor：Prof.WengyiwuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringPowerEngineeringandSpeciality：EngineeringThermalPhysicsAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：February,2015Degree-Conferring-Institution：Shangh

3、aiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文低浓度合成气催化燃烧实验研究摘要低浓度燃料分布广泛，总量巨大，包括煤矿通风瓦斯气和高炉煤气等。低浓度燃料中可燃成份的浓度较低，常温下使用点火燃烧方式很难利用。催化燃烧是一种利用低浓度燃料的有效方式，催化燃烧可很大程度地降低可燃成份的活化能，能够利用大多数的低浓度燃料。本论文的研究内容主要在以下三个方面：首先，建立了催化燃烧的数学模型和化学反应动力学模型。以低浓度甲烷为燃料，分析了壁面温度、入口流速、燃料浓度和对流换热系数等参数对甲烷催化燃烧的影响。以

4、低浓度合成气为燃料，分析了氢气浓度对甲烷催化燃烧的影响。采用朗缪尔-欣谢尔伍德模型，建立了水蒸气影响催化燃烧的模型，分析了入口温度和水蒸气含量对催化剂活性空位的影响，以及对甲烷转化率的影响。然后，搭建了催化燃烧实验台。主要工作在于实验台系统设计，电加热器、高温氧化室、催化燃烧室等关键部件的设计，选择合适规格参数的温度传感器、压力传感器和涡街流量计，通过记录仪系统记录测量数据。选用整体式蜂窝状堇青石催化剂载体，采用ZrO2/γAl2O3/Pd作为催化剂。最后，开展了催化燃烧和高温氧化实验研究。首先以低浓度甲烷、I上

5、海交通大学硕士学位论文氢气、一氧化碳和合成气为燃料，分析了入口温度、燃料浓度、入口流速和合成气组份对催化燃烧反应的影响。其次分析了反应温度、燃料浓度、入口流速和合成气组份对高温氧化反应的影响。最后在低浓度合成气中加入一定量的水蒸气，分析水蒸气对催化燃烧的影响。关键词：催化燃烧；低浓度合成气；高温氧化；实验研究II上海交通大学硕士学位论文LOWCONCENTRATIONSYNTHESISGASCATALYTICCOMBUSTIONEXPERIMRNTANALYSISABSTRACTLowconcentrationf

6、uelgases,includingcoalmineventilationairmethanegas,blastfurnacegasandsoon,arewidelyfoundandtheamountisveryhigh.Inlowconcentrationfuelgases,combustiblecomponentsconcentrationisverylow.Atambienttemperature,lowconcentrationfuelgasesareveryhardtobeusedbyigniting.

7、Catalyticcombustionisaneffectivewaytouselowconcentrationfuelgases.Itcandecreasetheactivationenergylargelyandusemostlowconcentrationfuelgases.Theresearchcontentsofthispaperhavethreeaspects.First,buildthemathematicalmodelandchemicalreactionkineticsmodelofcataly

8、ticcombustion.Chooselowconcentrationmethaneasfuelgas.Analyzetheinfluenceofwalltemperature,inletvelocity,fuelconcentrationandconvectioncoefficientonmethanecatalyticcombustion.Chooselowconc