Безпламенно изгаряне на чисти метано-въздушни смеси върху магнезиев оксид, добавен с оксид
Технологична информация-кн. 19 N ° 6-2008, стр.: 111-120
doi: 10.1612/inf.tecnol.3811it.07
РАЗНИ ПРЕДМЕТИ
Безпламенно горене на чисти метано-въздушни смеси върху магнезиев оксид, добавен с калциев оксид
Безпламенно горене на чисти метано-въздушни смеси над магнезиев оксид с добавка на калциев оксид
Елиас де Ж. Гомес, Маурисио Е. Санчес и Хавиер А. Харамильо
Университет в Антиокия, Департамент по химическо инженерство, наука и технологии Група за газ и рационално използване на енергията,
Calle 67 Nº 53-108, блок 18, офис 435, Меделин-Колумбия (имейл: [email protected], [email protected], [email protected])
Активният материал се приготвя, като се започне от индустриален клас магнезиев оксид (MgO) и реагент, добавен с калциев оксид (CaO). В неподвижен слой, пълен с частици от активен материал, е изследван ефектът от количеството на добавения СаО, температурата на калциниране, космическата скорост, излишния кислород и състава на реактивната смес върху активността, измерена като процентно преобразуване. метан. Пълно изгаряне на метан е получено за състави под долната граница на запалимост, което прави възможно избягването на емисиите на NOx, произведени от термичен механизъм. Пробите, приготвени с MgO от индустриален клас, имат активност, подобна на тази, получена с реактив MgO, добавен с CaO. Материалите, лесни за приготвяне и ниска цена, показват висока термична стабилност преди и след реагиране. Свойствата на приготвените твърди вещества ги правят перспективни за приложения в горивни системи за природен газ и пречистване на газообразни емисии.
Ключови думи: безпламенно горене, метан-въздух, неподвижно легло, калциев оксид, магнезиев оксид
Активният материал се приготвя, като се използва промишлен и реактивен клас магнезиев оксид (MgO) с добавка на калциев оксид (CaO). В неподвижно натъпкано легло, съдържащо частици активен материал, бяха изследвани ефектите от количеството на добавения СаО, температурата на калциниране, космическата скорост, излишъка на кислород и реактивната смес върху активността, измерена като процент от конверсията на метан. Пълно изгаряне беше постигнато за състави под ниската граница на запалимост, които позволяват да се избегне образуването на топлинен NOx. Пробите, приготвени с MgO от индустриален клас, показват подобна активност като тези, приготвени с MgO с реактивен клас с добавяне на CaO. Материалите, с ниска цена и лесна подготовка, показаха висока термична стабилност преди и след реакционни тестове. Свойствата на приготвените твърди вещества ги правят обещаващи материали за системи за изгаряне на природен газ и пречистване на емисии на газ.
Ключови думи: безпламенно горене, метан-въздух, неподвижно легло, калциев оксид, магнезиев оксид
ВЪВЕДЕНИЕ
Термичното изгаряне на въглеводороди се характеризира с наличие на пламък и високи температури, с отрицателно въздействие върху околната среда и човешкото здраве поради емисиите на неизгорели въглеводороди, азотни оксиди и въглероден окис. Сред алтернативите за решаване на споменатите проблеми е използването на химически активни твърди повърхности за общото окисление на въглеводородите, в смеси от състав под долната граница на запалимост и при по-ниска температура от тази, необходима при термично горене (Zwinkels et al., 1993)
Най-активните материали за безпламенно изгаряне на газообразни въглеводороди са благородни метали и оксиди на простите преходни метали (Requies et al., 2008; Yoshida et al., 2008; Gluhoi and Nieuwenhuys, 2007; Ramadj et al., 2007; Persson et al., 2007; Zhimin et al., 2007; Choudhary et al., 2002; Pfefferle и Pfefferle, 1987). Благородните метали са скъпи, нестабилни при високи температури и лошо достъпни. Оксидите на преходните метали, макар и по-евтини от благородните метали, също проявяват термична нестабилност, а някои имат ниска наличност.
Необходимостта от евтини, термично стабилни активни материали доведе до изследването на смесени оксиди (Petrovic et al., 2008; Chiarello et al., 2006; Campagnoli et al., 2005; Chen, et al., 2005), хексаалуминати и оксиди на алкалоземни метали. Последните две показват висока термична стабилност, но активност по-ниска от тази на благородните метали и оксидите на преходните метали (Baylet et al., 2008; Ren et al, 2007; Li and Wang, 2007; Ersson et al., 2006; Choudhary et al. al, 2002). Хексаалуминатите са малко по-активни от магнезиевия оксид, най-обещаващият от алкалоземните метални оксиди, но по-малко термична стабилност и по-труден за приготвяне (Berg и Järås, 1995).
Изследването на окисляването на метан върху чист магнезиев оксид или легиран с други елементи като литий, желязо, кобалт и калций се увеличава в интерес (Teng, et al., 2007; Spretz et al., 2000; Berg and Järås, 1994; Aigler and Lunsford, 1991). Литиево-магнезиевата оксидна система показва по-голяма селективност към етан и етилен чрез окислително свързване, отколкото към въглероден диоксид при пълно окисление (Dubois and Cameron, 1990; Ito et al., 1987). Когато MgO е легиран с кобалт или желязо, настъпва общото окисление на метана, стимулирано от преходния метал (Ulla et al., 2001; Spretz et al., 2000). Някои проучвания предполагат, че присъствието на калций на повърхността на магнезиевия оксид значително увеличава активността за частично окисление на метана (Aigler и Lunsford, 1991). Berg и Jarås (1994) установяват, че чистият магнезиев оксид, често използван като основа за благороден метал поради високата си термична стабилност, има известна активност за общото окисление на метана в излишък от кислород.
Изследванията на окисляването на метан с магнезиев оксид са направени с реагенти с висока чистота и различни методи за приготвяне, но не са открити доклади, които да показват получаването на активен материал за изгаряне на метан, чрез използване на съставки от индустриален клас и приготвени по евтин процес.
В тази работа е изследвано пламъчното изгаряне на лоши метан-въздушни смеси, във неподвижно легло, пълен с частици от активен материал, получени чрез сушене и калциниране на магнезиев хидроксид. Водните хидроксидни суспензии се приготвят от индустриален магнезиев оксид (съдържащ калциеви примеси) и реактивен калций и магнезиеви оксиди. Изследван е ефектът на съотношението кислород към метан, космическата скорост, температурата на калциниране и съдържанието на калций върху термичната активност и стабилност.