煤矿乏风低浓度瓦斯的热逆流催化氧化

瓦斯是仅次于二氧化碳的主要温室气体，单位质量的瓦斯对大气温室效应的影响相当于同质量二氧化碳的23倍。煤矿乏风是主要的瓦斯工业排放源之一，减排煤矿乏风瓦斯，可以减少温室气体排放。本项目将针对煤矿乏风瓦斯排量巨大、浓度低、难于利用的特点，研究煤矿乏风瓦斯热逆流催化氧化相关问题，试图使低浓度瓦斯氧化生成二氧化碳和水，将强温室效应的瓦斯气体，转变为温室相对效应较低的二氧化碳排放。项目研究的科学问题集中在揭示矿井乏风低浓度瓦斯热逆流催化氧化机理，配制筛选出适合相应条件（包括瓦斯浓度、成分、温度、湿度等）的催化剂，发现煤矿乏风瓦斯催化氧化过程中的非稳态流动、传热与传质规律，分析其影响因素，探讨热逆流催化氧化的温度控制方法以及流向变换周期。研究结果将为煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流催化氧化系统提供设计理论，建立煤矿乏风瓦斯高效减排方法，并提出相应减排装置的设计计算原理，为煤矿乏风瓦斯热回收利用提供理论支撑。

瓦斯是仅次于二氧化碳的重要温室气体，单位质量的瓦斯对大气温室效应的影响相当于同质量二氧化碳的21倍。煤矿乏风是主要的瓦斯工业排放源之一，减排煤矿乏风瓦斯，可以减少温室气体排放。同时，乏风瓦斯的主要成分为甲烷，是优质洁净的气体能源。因此，合理回收利用煤矿乏风瓦斯具有节能和环保双重意义。针对煤矿乏风排量大、瓦斯浓度低、难于利用的特点，本项目提出采用热逆流催化氧化技术实现煤矿乏风低浓度瓦斯的减排及回收利用。通过理论分析、数值模拟及实验相结合，对煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流催化氧化机理、特性以及催化剂的选取开展了系统综合的研究：.（1）通过理论分析，建立了燃烧波波速与燃烧区域最高温度的关系式，得到燃烧波波速和燃烧区域最高温度的封闭解；通过与稳态热逆流燃烧器类比，得到了多孔介质中热逆流氧化的简化理论解。.（2）通过对蜂窝陶瓷蓄热氧化床流动过程进行理论分析，建立了包含乏风进气速度、蜂窝陶瓷通道直径（或边长）、气体粘度及其氧化床温度场等多参数影响下的三种蜂窝陶瓷氧化床冷热态下的阻力计算数学模型。.（3）通过建立煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流氧化的一维数学模型，并对Fluent软件进行二次开发，对煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流氧化过程进行了数值模拟，考察了包括煤矿乏风进气速度、乏风甲烷浓度、换向半周期、壁面热损失、蜂窝陶瓷比热容及其孔隙率等工况参数对热逆流氧化温度场、甲烷转化率和氧化床阻力的影响。.（4）采用碳酸铵共沉淀法制备六铝酸盐作为涂层，以γ-Al2O3为载体，负载Pd贵金属活性组分制成煤矿乏风低浓度瓦斯燃烧催化剂。采用自行设计的固定床单管试验仪考察了催化剂的活性、水热稳定性及抗硫中毒能力测试，并最终选取以La0.5Sr0.5MnAl11O19作涂层催化剂作为煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流催化氧化用催化剂。.（5）基于自行设计制作的低浓度瓦斯热逆流催化氧化实验系统，对煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流催化氧化开展了系统的实验研究。实验内容包括乏风甲烷氧化温度、装置散热损失、热启动温度场以及乏风进气速度、甲烷浓度、换向半周期、壁面热损失和蜂窝陶瓷孔隙率对热逆流氧化的影响。