钴基催化剂催化矿井乏风甲烷与锅炉燃煤共燃性能

甲烷排放产生的温室效应是同体积二氧化碳的25倍,矿井乏风中的低体积分数甲烷排放量巨大且直排大气,不仅造成能源浪费,还加剧了温室效应。将矿井乏风通入燃煤锅炉,在高效催化剂的催化作用下实现矿井乏风中低体积分数甲烷和锅炉燃煤的催化共燃,不仅可以实现乏风中低体积分数甲烷的完全燃烧,减少甲烷排放带来的温室效应,还可以进一步促进燃煤的充分燃烧,增加燃煤锅炉热值。基于此,首先采用配位聚合物方法合成了高效Co3O4/SiO2催化剂。具体地,通过调变焙烧温度可控制备了Co3O4纳米颗粒尺寸不同的系列Co3O4/SiO2催化剂,利用XRD、BET、H2-TPR、O2-TPD等进行表征,建立催化剂结构与催化低体积分数甲烷燃烧性能之间的构效关系,筛选出最优催化剂。在此基础上,将最优催化剂应用于催化低体积分数甲烷与褐煤共燃体系,进一步揭示低体积分数甲烷与褐煤催化共燃机理。结果表明,Co3O4/SiO2-500由于其Co3O4颗粒尺寸最小、Co3+物种含量丰富以及氧传递能力优良,表现出最优的催化低体积分数甲烷燃烧活性。此外,在低体积分数甲烷和褐煤催化共燃体系中,Co3O4/SiO2-500催化剂的加入有效促进了褐煤挥发分的快速析出与燃烧,其燃烧放出的热量提供了甲烷燃烧必要的高温条件,使低体积分数甲烷完全燃烧温度由900℃降至700℃。该研究为矿井乏风中低体积分数甲烷的高效、大规模利用与节能减排奠定了一定的理论基础。

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本文档关键词:燃煤,催化,催化剂,矿井,锅炉