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挥发性有机物催化燃烧整体式催化剂研究与中试方案设计

作　者: 牟维琦
导　师: 李建伟
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 堇青石 VOCs 整体式催化剂催化燃烧流向变换
分类号: TQ032
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

基于已有的负载型单Pd组分贵金属催化剂制备工艺,以SEM、TPR、XPS等表征手段和性能评价相结合的方式,较为系统的考察了第二活性组分Co、助剂La2O3的加入对催化剂催化燃烧脱除挥发性有机物性能的改进,确定了Pd-Co双组分整体式催化剂的制备工艺,研究表明0.1%Pd-4.0%Co/1%La2O3/γ-Al2O3/COR整体式催化剂对模拟工业有机废气具有较好的处理效果,转化率均可达到95%以上。并以甲苯为例,系统的考察了有机物浓度、操作空速等操作条件对催化剂脱除低浓度有机废气催化燃烧过程的影响。将所制备的0.1%Pd-4.0%Co/1%La2O3/γ-Al2O3/COR整体式催化剂应用于流向变换反应器,进行低浓度甲烷流向变换催化燃烧反应,对低浓度甲烷进行低品位能源制热的可行性分析,结果表明,低浓度甲烷催化燃烧体系制热效果显著,在维持自热反应的基础上,可以移出部分热量加以利用,具有较好的应用前景。流向变换催化燃烧反应器具有很高的集成度和热回收效率,并且具有比定态操作更大的操作弹性。根据以上理论研究和技术准备,本文针对煤矿煤层气处理需求开展了流向变换反应器对流量为1000m3·h-1的低浓度甲烷催化燃烧制热的中间试验方案设计。建立了中试装置的工艺流程并确定了工艺条件,对主要工艺设备进行了设计与选型,同时采用过程计测技术对反应过程进行控制,提出了一套完整的中试方案。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-17
第一章文献综述  17-35
  1.1 挥发性有机废气VOCs简介  17-19
    1.1.1 VOCs的来源以及危害  17-18
      1.1.1.1 VOCs的来源  17-18
      1.1.1.2 VOCs的危害  18
    1.1.2 煤层气的开发利用现状  18-19
  1.2 催化燃烧技术的研究进展  19-23
    1.2.1 催化燃烧的概念  19
    1.2.2 催化燃烧的特点  19-20
    1.2.3 催化燃烧技术的应用现状  20-21
    1.2.4 催化燃烧催化剂的研究现状  21-23
  1.3 整体式催化剂的简介  23-26
    1.3.1 整体式催化剂的载体  24-25
    1.3.2 整体式催化剂的涂层  25-26
    1.3.3 整体式催化剂的活性组分  26
  1.4 陶瓷基整体式催化剂的制备  26-30
    1.4.1 载体的预处理  26-27
    1.4.2 过渡涂层的制备  27-28
    1.4.3 负载助剂的制备  28-29
    1.4.4 活性组分的制备  29-30
  1.5 流向变换催化燃烧技术  30-33
    1.5.1 流向变换燃烧技术简介  30-32
    1.5.2 流向变换燃烧技术的特点  32
    1.5.3 流向变换燃烧技术的应用现状  32-33
  1.6 本课题的研究目的及研究内容  33-35
    1.6.1 研究目的  33-34
    1.6.2 研究内容  34-35
第二章实验部分  35-39
  2.1 实验原料及设备  35-36
  2.2 催化剂的制备  36-37
  2.3 催化剂的表征  37
    2.3.1 催化剂的TPR表征  37
    2.3.2 催化剂的XPS表征  37
    2.3.3 催化剂的SEM表征  37
  2.4 催化剂的活性评价  37-39
第三章蜂窝堇青石质整体式催化剂的制备及其性能评价  39-53
  3.1 引言  39
  3.2 以Pd-Co为活性组分的整体式催化剂活性评价  39-41
    3.2.1 第二活性组分对催化剂性能的影响  39-40
    3.2.2 负载Pd-Co二元活性组分负载量的确定  40-41
  3.3 助剂对催化性能的影响  41-47
    3.3.1 助剂的选择  41-42
    3.3.2 助剂负载量的确定  42-43
    3.3.3 催化剂的表征结果  43-47
      3.3.3.1 催化剂的XPS结果  43-45
      3.3.3.2 催化剂的TPR结果  45-46
      3.3.3.3 催化剂的SEM结果  46-47
  3.4 操作条件对整体式催化剂催化性能的影响  47-48
    3.4.1 空速对催化剂的影响  47-48
    3.4.2 质量浓度对催化剂的影响  48
  3.5 催化活性的比较  48-49
  3.6 Pd-Co/La_2O_3/γ-Al_2O_3/COR对VOCs的催化作用  49-52
    3.6.1 对苯催化燃烧性能的影响  49-50
    3.6.2 对甲苯催化燃烧性能的影响  50-51
    3.6.3 对二甲苯催化燃烧性能的影响  51
    3.6.4 对甲烷催化燃烧性能的影响  51-52
  3.7 小结  52-53
第四章低浓度甲烷流向变换催化燃烧制热的可行性分析  53-59
  4.1 引言  53
  4.2 低浓度甲烷流向变换催化燃烧热力学分析  53-55
    4.2.1 流向变换反应器示意图  53-54
    4.2.2 低浓度甲烷催化燃烧反应过程热力学分析  54-55
  4.3 低浓度甲烷催化燃烧热量计算  55-58
    4.3.1 反应生成的热量计算  55-57
    4.3.2 蓄热段蓄热量计算  57
    4.3.3 反应过程中散失的热量  57-58
    4.3.4 反应所能移出的热量  58
  4.4 小结  58-59
第五章低浓度甲烷流向变换催化燃烧制热中试方案  59-73
  5.1 引言  59
  5.2 中试方案  59-62
    5.2.1 中试研究的目的和任务  59
    5.2.2 方案的依据  59-60
    5.2.3 中试工艺流程及说明  60-62
      5.2.3.1 中试工艺方案  60
      5.2.3.2 流程图及其说明  60-61
      5.2.3.3 工艺条件  61-62
  5.3 主要工艺设备、阀门设计与选型  62-70
    5.3.1 催化燃烧反应器工艺计算  62-63
      5.3.1.1 催化剂用量  62
      5.3.1.2 催化剂床层全截面线速度  62
      5.3.1.3 催化剂床层边长  62
      5.3.1.4 催化剂床层高度  62-63
    5.3.2 蓄热式换热段工艺计算  63-64
      5.3.2.1 小试实验惰性填料层几何参数  63-64
      5.3.2.2 中试装置蓄热式换热段惰性填料总表面积  64
      5.3.2.3 中试装置蓄热式换热段惰性填料选型及用量  64
    5.3.3 换热器工艺设计  64-68
    5.3.4 风机的选型  68-69
      5.3.4.1 床层压降计算  68
      5.3.4.2 管路压力降的计算  68-69
    5.3.5 换向阀的选型  69-70
  5.4 过程计测技术与控制方案  70-72
    5.4.1 过程计量测试仪表  70
    5.4.2 过程的计算机辅助监控系统  70-71
    5.4.3 过程控制方案  71-72
  5.5 小结  72-73
第六章结论  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
攻读硕士学位期间发表的论文情况  81-83
作者和导师简介  83-84
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  84-85

挥发性有机物催化燃烧整体式催化剂研究与中试方案设计

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