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研究生: 黃紀維
Huang, Chi-Wei
論文名稱: 氫於多孔性介質燃燒室應用在觸媒煆燒之研究
Studies on a Porous Media Burner with Hydrogen for Catalyst Calcination
指導教授: 賴維祥
Lai, Wei-Hsiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 129
中文關鍵詞: 氫燃燒穩駐火焰多孔性介質燃燒室(PMB)觸媒煆燒碳化矽多孔材堇青石
外文關鍵詞: Hydrogen combustion, Holding flame, Porous Media Burner (PMB), Catalyst calcination, SiC porous medium, Cordierite
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  •   本研究以自主建立之多孔性介質燃燒室(PMB),在適當參數條件、操作流程、控制邏輯與多孔性介質配置之下,可在燃燒段提供一穩駐供熱之火焰面,藉此可準確地將燃燒段特定區域之溫度控制於650 oC且持溫四小時,遂將以此溫度場應用於煆燒觸媒,再以相同升溫與持溫條件,使用高溫爐(Oven)進行觸媒煆燒,最後配合物性與化性分析進行比較。
      由PMB進行觸媒煆燒實驗之結果得知,煆燒區溫度在平均25-30分鐘即可達到持溫650 oC的設定值,持溫過程中煆燒區可保持650 oC ± 3 oC以內,比較Sample 1 ~ 3之升溫與持溫曲線,可得知升溫越快,會造成煆燒區溫度越不均勻,但此趨勢並不影響持溫的穩定性。此外,在煆燒實驗中PMB與高溫爐之升溫及持溫曲線做比較,持溫曲線幾乎是重合的。
      由此兩種煆燒製程後之觸媒置入重組器中,由部分氧化法(POX)進行實驗之結果可得知:隨著O2/C比的增加,Sample 2和Sample Oven之甲烷轉化率相當,且各重組氣體濃度比在0.94~1.10之間,沒有顯著的差異性;物性分析方面,表面形態與成分分析之差異性不大,且孔徑大小、比表面積值、等溫氣體吸脫附曲線等性質,Sample 2與Sample Oven之結果幾乎一致。
      綜合以上,由實驗結果可得知PMB煆燒區之溫度場可應用在觸媒煆燒,為一可行之製程,應可進一步應用。

    In this research, hydrogen is taken as fuel along the investigation of the combustion of a self-designed porous media burner(PMB). With appropriate operational parameters, operational processes, control logic, assembly of porous media and hydrogen concentration, it can provide a stable flame temperature at 650 oC for four hours to calcine the catalyst. Moreover, an oven was used to calcine catalyst at identical conditions for comparison by both physical and chemical properties analysis.
    In catalyst calcination experiments, the hydrogen concentration was 12 %. It took 25 to 30 minutes in average to reach the holding temperature of 650oC, and maintained at 650±3oC. In addition, it can be seen that the temperature uniformity in the calcinations zone decreased with increasing the heating speed. However, the heating speed does not affect the stability of calcination temperature. From this work, it can also be seen that raising and holding temperature curve of a PMB and that of an oven are almost identical.
    In the chemical properties analysis, the catalyst was placed in a reforming chamber. It can be seen that the methane conversion ratio of Sample 2 and Sample-oven were similar when increasing the O2/C ratio , and concentration ratios of a PMB and of an oven were in the range of 0.94 and 1.10. On the other hand, the results of the physical properties analysis showed that the surface morphologies and the composition of the PMB-calcined catalyst, and of the oven-calcined catalyst were similar after they were treated under partial oxidation(POX). In addition, catalyst pore sizes, BET values, physisorption isotherms and other properties were almost identical for Sample 2 and Sample-oven.
    Results show that a porous media burner can provide a stable temperature at 650oC for four hours in the calcination zone to calcine the catalyst successfully.

    中文摘要 I ABSTRACT II 誌謝 IV 目錄 V 表目錄 VIII 圖目錄 IX 符號說明 XIV 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究動機 5 1-3 研究目的 7 第二章 基本原理與文獻回顧 8 2-1 多孔性材料 8 2-2 多孔性介質之熱傳機制與特性 10 2-3 多孔性介質燃燒室之特性 13 2-4 多孔性介質之應用 17 2-5 觸媒之特性與製備 20 第三章 實驗設備與方法 22 3-1 實驗設備配置 22 3-2 多孔性介質燃燒室之結構設計 24 3-2-1 進氣混合段 24 3-2-2 燃氣整流段 25 3-2-3 燃燒段 25 3-2-4 尾氣排放段 26 3-3多孔性介質之選用與配置 30 3-4 實驗儀器與設備 33 3-4-1 溫度量測系統 33 3-4-2 燃氣供應系統 33 3-4-3 資料擷取與控制系統 34 3-4-4 電熱高溫爐系統 35 3-4-5 觸媒化性分析 35 3-4-6 觸媒物性分析 35 3-5 實驗參數與方法 40 3-5-1 溫度量測位置 40 3-5-2 燃燒室參數操作區間 41 3-5-3 控制邏輯對燃燒段溫度場之研究 42 3-5-4氫氣濃度對燃燒段溫度場之研究 42 3-5-5多孔性介質配置對燃燒段溫度場之研究 42 3-5-6 選定參數與配置之燃燒段溫度場再現性試驗 42 3-5-7 擔體煆燒實驗 43 3-5-8 以PMB進行觸媒煆燒實驗 43 3-5-9 以高溫爐進行觸媒煆燒實驗 43 3-5-10 觸媒化性分析 44 3-5-11 觸媒物性分析 44 3-5-12 燃燒室可控溫度區間之研究 45 3-6 實驗流程與事項 46 3-6-1 實驗流程 46 3-6-2 實驗操作程序 48 3-6-3 實驗系統檢測 49 3-6-4 實驗時突發狀況之處理方法 50 第四章 實驗結果與討論 51 4-1 燃燒室參數操作區間之研究 51 4-1-1 回火極限實驗 51 4-1-2 貧油點燃極限實驗 61 4-2控制邏輯對燃燒段溫度場之研究 63 4-2-1 改變通入燃燒室之氧燃比以控制燃燒段溫度 63 4-2-2 改變通入燃燒室之氮氣流量以控制燃燒段溫度 66 4-3氫氣濃度與多孔性介質配置對燃燒段溫度場之研究 69 4-4 選定參數與配置之再現性實驗 73 4-5煆燒實驗 77 4-5-1擔體煆燒實驗 77 4-5-2 以PMB進行觸媒煆燒實驗 80 4-5-3 以高溫爐進行觸媒煆燒實驗 86 4-6 觸媒分析 88 4-6-1 觸媒化性分析 88 4-6-2 觸媒物性分析 92 4-6-2-1 SEM/EDS分析結果 92 4-6-2-2 BET分析結果 98 4-7 燃燒室可控溫度區間之研究 101 第五章 結論 103 第六章 未來工作 105 參考文獻 106 附錄 109 APPENDIX I 第四章第三節之數據圖 109 APPENDIX II 第四章第四節之數據圖 117 APPENDIX III 第四章第六節之數據圖 119 APPENDIX IV第四章第六節之數據圖 124 APPENDIX V 第四章第六節 XRD圖 126 APPENDIX VI 隔熱棉包覆前後之燃燒室管壁溫度分布圖 127 自述 129

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    下載圖示 校內:2013-08-10公開
    校外:2013-08-10公開
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