甲烷催化燃烧的应用研究

【摘要】：将E 元素引入到Ce-Zr-O 固溶体中,考察了不同E 含量和制备方法对储氧性能的影响。将性能最好的Ce-Zr-E-O 固溶体储氧材料引入到甲烷燃烧催化剂体系,考察了不同储氧材料载体量对催化剂性能的影响,在此基础上对过渡金属氧化物活性组分进行了优选。结果表明,沉淀法制备的样品,其储氧性能和比表面虽不是最好的,但热稳定性却最好,老化后表现出最佳的储氧性能和比表面。加上沉淀法操作简便,是工业化生产的最佳方法。含20% E 的储氧材料,表现出最好的热稳定性和老化后最佳的储氧性能。以m(YSZ-Al_2O_3):m(OSM)=1:1 的混合物为载体,浸渍12%Co_3O_4+3%Fe_2O_3+3%MnO_2的活性组分,可制得活性和热稳定性都很好的催化剂,具有很强的实用性。 将上述实用型催化剂涂覆到蜂窝状堇青石基体上,制得整体式催化燃烧板,在此基础上,通过优化喷嘴直径大小、支架高度与结构、催化涂层深度等关键参数和结构研制出了天然气催化燃烧炉样机,此样机与商品红外线灶及空白灶进行了对比测试,并经国家燃气具质量监督检验中心检测,具有热效率高、烟气中CO 和NO_x浓度低、噪音低的特点,在灶具上实现了催化燃烧技术和预混燃烧技术的有机结合,是高效节能环保的高新技术新产品。 以上述实用型催化剂体系为基础,通过优化燃烧器和换热系统结构,以及催化板厚度、催化涂层深度、风机的工作电压、热强度等关键参数开发研制出 【关键词】：甲烷 催化燃烧 储氧材料 燃气灶 热水器
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：O643.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 前言9-13
• 1.1.1 天然气能源工业的现状及发展前景9-10
• 1.1.2 天然气的燃烧方式及特点10-13
• 1.2 甲烷催化燃烧的理论与应用研究进展13-21
• 1.2.1 甲烷催化燃烧反应机理13-14
• 1.2.2 甲烷燃烧催化剂体系14-19
• 1.2.3 催化燃烧的应用研究概况19-21
• 1.3 我国燃气灶具的发展概况21-22
• 1.4 我国燃气热水器的发展概况22
• 1.5 本课题研究的必要性22-23
• 1.6 本课题的研究内容23-25
• 2 实验部分25-34
• 2.1 主要试剂25
• 2.2 材料的制备25-27
• 2.2.1 储氧材料的制备25-26
• 2.2.2 耐高温高比表面材料——钇、锆稳定的氧化铝(YSZ-Al_2O_3)的制备26
• 2.2.3 整体式催化剂小样及催化燃烧板的制备26-27
• 2.3 材料的老化实验27
• 2.4 材料的性能测试27
• 2.4.1 OSM 储氧量(OSC)的测定27
• 2.4.2 比表面积(BET)测定27
• 2.4.3 催化剂活性测试27
• 2.5 催化燃气炉的性能测定27-30
• 2.5.1 热效率测定28
• 2.5.2 烟气中一氧化碳含量[COα-1 ]的测定28-29
• 2.5.3 烟气中氮氧化物含量[NOx(α-1) ]的测定29
• 2.5.4 燃气灶热流量测试29-30
• 2.6 催化燃气热水器的性能测试30-34
• 2.6.1 热效率实验测试30-31
• 2.6.2 热负荷测定31-32
• 2.6.3 产热水能力的测定32-33
• 2.6.4 烟气中一氧化碳含量[COα-1 ]的测定33
• 2.6.5 烟气中氮氧化物含量[NO_x(α-1) ]的测定33
• 2.6.6 排烟温度的测定33-34
• 3 结果与讨论34-61
• 3.1 催化材料的选择与制备34-38
• 3.1.1 不同E 含量对储氧材料储氧量的影响34-35
• 3.1.2 载体选择与优化35-36
• 3.1.3 活性组分的选择与优化36-37
• 3.1.4 制备方法的选择37-38
• 3.2 天然气催化燃烧灶的关键参数优化与样机研制38-49
• 3.2.1 喷嘴直径的选择39-41
• 3.2.2 支架高度的影响41
• 3.2.3 锅支架形式的影响41-42
• 3.2.4 风门开度的影响42-43
• 3.2.5 催化剂涂层深度的影响43-44
• 3.2.6 天然气催化燃烧灶样机的研制与检测结果44-49
• 3.3 天然气催化燃烧热水器的结构设计与模型机研制49-60
• 3.3.1 燃烧器结构的设计与优化49-52
• 3.3.2 催化剂的作用及催化剂涂层厚度的影响52-54
• 3.3.3 风机电压的影响54-56
• 3.3.4 热强度对烟气中CO 和NO_x 浓度的影响56-57
• 3.3.5 增强换热的结构设计与优化57-58
• 3.3.6 原型机的研制58-60
• 4 结论60-61
• 参考文献61-65
• 附:国家燃气具质量监督检验中心家用燃气灶产品质量检验报告65-68
• 攻读硕士学位期间已发表和已录用论文目录68-69
• 致谢69-70
• 声明70

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