朱春山，李金风，张巧飞

(河南工业大学化学化工学院，河南 郑州 450001)

“富煤贫油少气”的能源结构特征决定了煤炭在我国能源消费结构中的主导地位。中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，而与之伴生或者共生的煤层气资源也相当丰富，在煤炭开采时常伴有大量乏风瓦斯的抽放。矿井乏风瓦斯中甲烷含量通常低于1%～2%，最多不超过5%，由于在常规条件下不能被点燃和维持燃烧，大部分都未经处理而直接排入大气[1-2]。近年来，大气污染和气候变暖日趋严重，单位质量的甲烷导致气候变暖的能力约为二氧化碳的23倍，导致臭氧层破坏的能力约是二氧化碳的7倍，是一种可怕的大气污染源。值得一提的是，矿井乏风瓦斯气虽不能直接燃烧，但热值也非常可观，如0.5%甲烷在空气中完全燃烧，能绝热温升150.1 K[3]。因此，大量的煤矿低浓度瓦斯排放不仅浪费了宝贵的清洁能源，同时也加重了全球温室效应的影响。

矿井乏风瓦斯气中甲烷浓度极低是制约其利用的主要难题，催化氧化虽可实现极低浓度乏风瓦斯的氧化，但却需要外界源源不断地提供热量才能维持反应的持续进行。为了提高热经济性，研究者开展了大量研究，一方面通过改进催化剂的性能使反应温度降低；另一方面是研究新的工艺技术、新的反应器设计使反应能在较低的温度下自热地实现，其中研究较多的是流向变换催化燃烧反应器。固定床反应器流向变换非定态操作方式的应用，将预热、反应和热量回收三个部分集成在一个设备内，与传统的固定床催化燃烧技术相比，实现了催化燃烧与热回收的高效集成，使催化燃烧流程简化，设备投资和操作费用大大降低。……