甲烷在逆流换热微燃烧器内催化燃烧的数值模拟

本文联合使用CFD软件FLUENT和化学反应动力学软件DETCHEM对甲烷-空气混合物在有逆流换热的微燃烧器内的催化燃烧进行了数值模拟。计算中只考虑了甲烷在催化表面上的反应。燃料-空气混合物的当量比为0.4,燃烧器外壁面与环境采用对流换热边界条件。计算结果表明,同时采用逆流换热和表面催化燃烧可以实现常规方法无法实现的甲烷稳定、高效转变。     

甲烷微通道内催化燃烧有关转化率的讨论

本文联合使用计算流体软件FLUENT和采用详细化学反应机理计算空间和表面催化反应的化学动力学软件DETCHEM对甲烷空气预混气体在微通道内催化燃烧的情况进行了数值模拟.计算结果表明,在微通道内,通过导热壁的轴向间的传热,预热了入口气体,使甲烷燃烧得更加充分;空间反应同样可以发生,不再是可以被忽略的部分;而且燃料混合物的入口流速对表面催化反应有很重要的影响.     

含湿量对甲烷湿空气自热重整积碳特性的影响

微动力装置中碳氢燃料催化燃烧被认为是有效的方法,但燃烧室内燃料催化重整普遍存在由积碳导致的催化剂失活等问题.本文采用数值方法研究了微细腔中甲烷湿空气在镍基催化剂上的自热重整反应,重点分析含湿量对甲烷自热重整反应及积碳特性的影响.结果表明:含湿量将增强甲烷重整反应;自热反应散热量和表面积碳浓度均随含湿量增加而降低.混合物...     

微尺度正丁烷催化反应的实验研究

本实验研究了在微尺度铂表面催化情况下的正丁烷热解特性以及正丁烷与氧气的燃烧特性.利用气相色谱仪测量了产物中氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳和二氧化碳的浓度.实验结果表明,铂表面催化剂对于微尺度下正丁烷的催化热解没有明显的作用;在燃烧时,铂表面催化剂的作用主要体现在促进了正丁烷的低温反应,降低了燃烧反应活化能.     

喷管直径对微尺度扩散火焰特性的影响

对均匀空气流中微尺度甲烷扩散燃烧进行了数值模拟,重点考察微喷管内的流动和传热传质对微尺度燃烧特性的影响.研究结果表明,在保持燃料喷出速度一定的条件下,随着喷管直径的减小,喷管内与甲烷喷出速度相反方向上发生热量和质量的传递,燃料与空气的混合在喷管内已经发生,火焰的一部分热量回流到喷管内顶热了未燃混合气,同时也增加了火焰的热损失.当管径为0.15 mm时,甲烷在微喷管内就开始发生化学反应,在进行微尺度解析计算时,必须包含一定的喷管区域.     

微尺度扩散火焰特性的数值解析

本文以均匀空气流中圆管形成的甲烷射流扩散火焰为对象,用数值解析的方法研究了微尺度扩散火焰的火焰结构和燃烧特性。燃烧反应采用甲烷/空气一步总包反应,喷管壁面采用绝热条件。在Re一定情况下,改变喷口尺寸和喷口流速考察了微扩散火焰的结构和火焰熄灭的尺度效应。数值结果表明,随着喷口直径的增大,微火焰的上方出现回流; Re=12条件下,在喷口直径=0.07 mm时存在熄灭极限;稳定燃烧区的最小发热率约为0.5 W;微尺度条件下,Da数对火焰结构和火焰的熄灭有一定的影响。     

微型燃烧器预混腔内催化重整、积碳及流动特性模拟

因微型燃烧器内微尺度燃烧易熄火,燃烧效率不高,存在催化重整过程中的积碳、微尺度等问题,可利用甲烷和湿空气中水蒸汽预混催化重整产氢来强化燃烧,对预混腔内催化重整,积碳及流动特性进行模拟,探讨了微型预混腔中甲烷、水蒸汽重整过程中水碳比、质量流量和催化壁面温度对催化重整、积碳、流动等的影响.     

甲烷入口条件对紧凑型重整器燃烧管道化学反应与产热特性影响

紧凑型甲烷重整器燃烧管道由燃料气体通道、多孔层以及固体平板组成.采用三维数值模拟方法,对甲烷入口速度、温度等对催化燃烧反应以及产热特性影响进行了研究.结果显示,甲烷入口速度由2.5 m/8增大到10 m/s时,最大化学反应速率提高了20.4%,CH4利用率下降了41.2%,最大热流量提高了11.8%;温度由873 K升...     

微平板式燃烧室内催化燃烧的试验研究

采用催化材料铂加工的微平板燃烧室,与碳化硅材料加工的微平板燃烧室在相同条件下进行了试验对比,分析了不同流量、不同当量比和不同燃烧室尺寸条件下催化燃烧对微燃烧性能的影响。试验结果表明,同样流量下,采用催化燃烧时的外壁面测点温度均比采用无催化的碳化硅燃烧室的高,且温度分布更均匀;不同于无催化的碳化硅燃烧室,铂加工的燃烧室在当量比为1时内部燃烧已经比较充分;催化燃烧能提高微尺度燃烧的稳定性,扩展燃烧极限。     

超低浓度甲烷流态化催化燃烧特性与模型验证

采用实验研究和理论分析相结合的方法研究了体积分数为0.15~3%超低浓度甲烷在0.5%Pd/Al_2O_3(质量分数)催化颗粒鼓泡流态化状态下的催化燃烧特性,根据其在密相区和稀相区的流动及反应特点,建立了低浓度甲烷催化燃烧反应模型,并在不同温度、进气甲烷浓度、床层高度等工况下进行了模型预测及与实验数据的对比分析。研究结果表明:考虑了稀相区中催化颗粒飞溅,模型计算数据与实验数据吻合较好,误差在5%以内;反应器出口无量纲甲烷浓度随着床层温度的升高、进气甲烷浓度的降低以及床层高度的升高而降低;通过与活塞流,全混流反应模型的对比分析,进一步验证了所建立的数学模型能够较好地反映超低浓度甲烷在鼓泡流态化状态下的催化燃烧特性。     

Stability test and EXAFS characterization of plasma prepared Pd/HZSM-5 catalyst for methane combustion

Pd/HZSM-5 catalysts prepared via glow discharge plasma reduction followed by calcination thermally show excellent enhanced stability for methane combustion. EXAFS characterization confirms that argon glow discharge reduces Pd/HZSM-5 catalyst effectively at close to room temperature. After thermal calcination of argon plasma reduced Pd/HZSM-5 catalyst under air, specific tetragonal PdO species are formed. This kind of active PdO species keeps stable during methane combustion, which leads to the observed excellent stability of plasma prepared Pd/HZSM-5 catalyst. EXAFS characterization also shows argon plasma reduction can help to remove Cl, which has a negative effect on catalysts properties.     

表面催化反应对空间预混气体着火影响的研究

催化燃烧中表面反应和空间反应的相互影响是一个非常重要的问题,本文计算了表面有催化剂的高温小球利用催化反应放热点燃空间预混气体的温度和浓度分布情况,从而得到当空间预混气体着火时表面催化小球的温度低于无催化时空间预混气体着火温度,同时得到在利用催化反应放热点燃空间燃烧时,空间预混气体着火的温度却远远高于无催化下的空间预混气体着火温度,该结果与试验相符。     

催化剂薄层内甲烷水蒸气重整反应强化管内对流换热的数值模拟

本文以竖直圆管内壁催化剂薄层内发生甲烷水蒸气重整反应强化对流换热作为研究对象,对其进行了数值模拟．结果发现,催化剂薄层内的吸热化学反应可以有效地强化对流换热,降低流体和壁面温度,从而对壁面起到保护作用;极限热流密度的大小与流体的入口温度有关,存在最佳入口温度使极限热流密度最大．     

Studies of catalytic process of complete oxidation of methane by SSITKA method

This paper presents the results obtained by means of the steady state isotopic transient kinetic analysis for complete methane oxidation over the Pd(PdO)Al₂O₃ catalyst. The average surface life-time and surface concentration of methane and carbon dioxide were determined. It was found out that on the palladium catalyst there are adsorbed small amounts of methane (which does not take part in the process of oxidation) only at the temperature corresponding to the starting point of methane oxidation. Additionally, in the steady state of methane oxidation on the palladium catalyst there are present two different kinds of carbon dioxide: short- and long-resided on the catalyst surface. The average surface life-time of both kinds of carbon dioxide decreases with temperature. The surface concentration of long-resided carbon dioxide increases with temperature whereas the small maximum at about 380 °C is noticed for the surface concentration of short-resided carbon dioxide.     

Numerical simulation of catalytic combustion of methane using washcoat model and external model: a comparison study

This paper presents a comparison study of numerical simulation of catalytic combustion of methane on Pt catalyst using two different physical models. The external surface model and the washcoat model were employed. The simulations were conducted in a two-dimensional monolith reactor with detail surface kinetics. The agreement of simulation results of the washcoat model with the measured data is good. However, in contrast to experimental data, the external surface method will produce a lower result of conversion of CH₄ at low temperature due to the neglecting of the larger inner surface of the washcoat. Moreover, the effects of specific surface area and pore size of washcoat on reaction rate were discussed. It can be concluded that the washcoat model would provide a more realistic result and can enrich the contents of numerical simulation of catalytic reaction.     

流化床燃烧超低浓度煤层气的轴向气体分布

超低浓度煤层气由于甲烷含量低、浓度变化大而较难加以利用。采用实验和数值模拟的方法,研究了超低浓度煤层气在流化床中燃烧特性,得到燃烧产物的轴向分布规律,分析了进气浓度、床层温度、流化风速等因素对甲烷浓度轴向分布的影响。研究结果表明:随着床层高度的增加,无量纲甲烷浓度逐渐减小,在床层表面达到最小值,然后突然增加,随后达到稳定。实验范围内,CO浓度均小于20mL/m~3减小进气浓度、增加床层温度、降低流化风速部会使相同床层高度处的无量纲甲烷浓度减小。燃烧反应主要发生在密相区,随着进气浓度的减小、床层温度的增加、流化风速的降低,反应区域逐渐向床层下部移动。     

甲烷氧化偶联锂/氧化镁催化剂和纳米催化剂

采用初湿浸渍和溶胶凝胶法分别制备了Li/MgO催化剂和Li/MgO纳米催化剂. 比较两种Li/MgO催化剂对于甲烷氧化偶联反应的催化性能. 采用X射线衍射、BET吸附和透射电镜进行了表征.在973-1073 K和总压力为101 kPa下对催化剂进行了测试. 实验结果表明,Li/MgO纳米催化剂比普通催化剂对于甲烷氧化偶联反应表现为更高的甲烷转换率,较高选择性和较高的的主要产品(乙烷和乙烯)的产率.     

添加金属对MoO3/Al2O3 碳化过程的影响

通过对镍、铜和钾改性的MoO3/Al2 O3样品进行与甲烷的程序升温表面反应 (CH4 TPSR)研究以及其碳化样品的BET测定 ,发现镍的添加对于甲烷还原以及碳化氧化钼具有促进作用 ,并对甲烷在碳氧化物或碳化物表面上的活化也具有促进作用 ,镍改性的碳化物样品具有较大的比表面和对甲烷比较高的本征活性 ;铜的添加对于甲烷还原以及碳化氧化钼稍有促进作用 ,对于甲烷在碳氧化物或碳化物表面上的活化稍有促进作用 ,但铜的引入也会加快催化剂的烧结 ;钾的添加对氧化钼被甲烷的还原以及碳化都不利 ,对于甲烷的活化也不利 ,钾的加入还会促使催化剂烧结 .因此 ,钾的添加对于甲烷在碳氧化物或碳化物上的转化是不利的