甲烷二氧化碳重整镍基催化剂的研究

【摘要】：甲烷二氧化碳重整反应近些年受到的关注越来越多,不仅因为此反应消耗了两大温室气体,而且此反应的生成物H2/CO比例有利于费托合成反应的进行。目前,甲烷二氧化碳重整反应遇见的最大难题就是随着反应的进行,催化剂因为积碳和高温烧结而易于失活,因此寻找合适的催化剂成为了研究的焦点。镍基催化剂因为具有与贵金属相当的催化活性、成本较低而备受青睐,但因其易积碳和烧结而失活的性质而成为该领域亟待解决的问题。 本文采用浸渍法制备了不同组成的催化剂Ni-M/y-Al2O3(M=Zr、Co、Mg、Nd),并在固定床反应装置上考察了不同助剂、不同助剂含量、不同催化剂煅烧温度以及不同反应温度对催化剂活性的影响；并对催化剂进行了扫描电子显微镜(SEM)、x-射线衍射(XRD)和热重分析(TG-DTG)等表征。实验表明,14Ni-5Mg/y-Al2O3的催化活性较好,随着反应温度的升高,甲烷的转化率、氢气和一氧化碳的收率也升高,当温度升到800℃时,甲烷转化率达到97%以上。采用共沉淀法制备载体、浸渍法制备的催化剂14Ni/MgO-Al2O3,在800℃反应温度下,其活性比催化剂14Ni-5Mg/y-Al2O3的活性要好。 用不同的有机溶剂(乙醇、乙二醇和正丁醇)处理γ-Al2O3载体,采用等体积浸渍法制备了10Ni/γ-Al2O3、10Ni/γ-Al2O3-e(乙醇处理过载体的催化剂)、10Ni/γ-Al2O3-g(乙二醇处理过载体的催化剂)、10Ni/γ-Al2O3-b(正丁醇处理过载体的催化剂)。对催化剂进行了X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征,同时考察了这些催化剂用于甲烷二氧化碳重整反应中的催化活性,并对活性较好的催化剂进行了长周期的实验。研究结果表明：经过有机溶剂处理的催化剂,活性组分具有良好的分散性,且有机溶剂极性越大,催化剂活性组分分散越好,抗积碳能力越强。 【关键词】：甲烷 二氧化碳 催化重整 镍 y-ai2O3
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-32
• 1.1 甲烷的工业利用10-12
• 1.1.1 甲烷水蒸气重整制合成气10-11
• 1.1.2 甲烷部分氧化反应11
• 1.1.3 甲烷自热重整11
• 1.1.4 甲烷二氧化碳重整11-12
• 1.2 甲烷二氧化碳重整反应的热力学分析12
• 1.3 甲烷二氧化碳重整反应机理的研究12-15
• 1.4 甲烷二氧化碳重整反应催化剂的研究15-28
• 1.4.1 活性组分15-18
• 1.4.2 载体18-19
• 1.4.3 助剂19-21
• 1.4.4 催化剂的制备方法21-24
• 1.4.5 催化剂失活24-28
• 1.5 反应条件对CH_4/CO_2重整活性的影响28-31
• 1.5.1 温度28-29
• 1.5.2 压力29
• 1.5.3 原料气配比29-31
• 1.6 本课题研究的意义及主要内容31-32
• 2 不同助剂对催化剂活性的影响32-49
• 2.1 实验部分32-33
• 2.1.1 实验药品32
• 2.1.2 实验仪器32-33
• 2.2 催化剂的制备33
• 2.3 催化剂的活性评价与表征33-36
• 2.3.1 催化剂活性评价装置33-34
• 2.3.2 反应原料34-35
• 2.3.3 实验操作35
• 2.3.4 计算方法35-36
• 2.3.5 催化剂的表征36
• 2.4 结果分析与讨论36-47
• 2.4.1 添加不同的助剂对催化剂性能的影响36-41
• 2.4.2 Mg含量不同对催化剂性能的影响41-42
• 2.4.3 反应温度不同对催化剂性能的影响42-43
• 2.4.4 煅烧温度不同对催化剂活性的影响43-46
• 2.4.5 载体的制备方法不同对催化剂活性的影响46-47
• 2.5 小结47-49
• 3 载体改性对CH_4/CO_2重整催化剂活性的影响49-59
• 3.1 实验部分49
• 3.1.1 实验药品49
• 3.1.2 实验仪器49
• 3.2 催化剂的制备49-50
• 3.3 催化剂的活性评价与表征50
• 3.3.1 催化剂活性评价装置50
• 3.3.2 反应原料50
• 3.3.3 实验操作50
• 3.3.4 计算方法50
• 3.3.5 催化剂的表征50
• 3.4 结果分析与讨论50-58
• 3.4.1 不同溶液处理载体对催化剂活性的影响50-52
• 3.4.2 空速对催化剂活性的影响52-53
• 3.4.3 催化剂的长周期试验53-58
• 3.5 小结58-59
• 4 结论59-60
• 参考文献60-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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