富甲烷气体的重整工艺研究

【摘要】：针对目前我国较为突出的环境问题,大量使用煤炭和石油作为能量来源并不符合国情发展。因此清洁的甲烷能源被人们所关注,尤其甲烷二氧化碳重整在制备合成气方面表现出良好的环境效益和经济效益,但催化剂积炭问题使得此技术无法实现大规模工业化,众多科研工作者从提升催化剂的抗积炭性能研究方向入手,但目前仍处于实验研究阶段。 本实验则考虑到甲烷部分氧化重整和甲烷水蒸气重整的优势有助于改善甲烷二氧化碳重整反应性能,因此将甲烷二氧化碳重整、甲烷二氧化碳临氧重整和甲烷三重整作为研究的体系。实验中使用统一的Ni/MgAl2O4催化剂,甲烷重整工艺的模拟通过FSM-3060催化剂评价装置和气相色谱SP-6890联用的方式实现,在此装置中完成反应温度、原料气配比、空速对甲烷重整体系反应性能的影响的考察,根据转化率和选择性结果,总结实验规律并分析原因,并将各甲烷重整体系的实验结果作进一步的对比分析,从中找出甲烷重整的有利条件和不利因素。主要结论如下： (1)通过对甲烷二氧化碳重整工艺条件的研究发现：甲烷和二氧化碳转化率随着反应温度的升高而升高,一氧化碳与氢气选择性则降低。随着催化剂使用时间的延长,温度越高各性能指标下降速率越快,说明高温不利于甲烷二氧化碳重整反应； 随着CH4/CO2配比的提高,甲烷转化率和一氧化碳选择性降低,二氧化碳转化率和氢气选择性升高；随着空速的提高,甲烷、二氧化碳转化率和氢气、一氧化碳选择性下降,说明空速对属于慢反应的甲烷二氧化碳重整反应影响较为明显。甲烷二氧化碳重整所制备的合成气中H2/CO体积比基本小于1,只有当CH4/CO2配比较高时,H2/CO体积比才出现大于1的情况。 (2)通过对甲烷二氧化碳临氧重整工艺条件的研究发现：甲烷、二氧化碳转化率随着反应温度的增加逐渐增加,尤其是低温条件下反应物转化率相比甲烷二氧化碳重整有明显的改善,说明氧气的加入有利于反应物转化率的提升。但高温条件下,反应物转化率和一氧化碳选择性随反应的进行依然下降较快,体系的稳定性依然较差。 随着C02/02配比的提高,甲烷转化率和H2/CO体积比逐渐下降,二氧化碳转化率则逐渐提高,氢气和一氧化碳选择性出现增长；随着空速的增加,甲烷和二氧化碳转化率快速下降,产物选择性则出现增长。 (3)通过对甲烷三重整工艺条件的研究发现：随着反应温度的提高,反应物转化率相应增加,一氧化碳选择性和H2/CO体积比则降低。当温度为1073K,催化剂使用12h后,反应物转化率依然下降,但下降的幅度明显弱于其他两种体系,当温度较低时,体系稳定性和高效性也要优于另外两种体系,说明水蒸气形成消碳作用在一定程度上缓解了催化剂积炭效应,同时保留了反应物高转化率的特性。 甲烷和二氧化碳转化率以及H2/CO体积比都随着O2/H2O配比的增加而增加,一氧化碳选择性则降低。空速的提高降低了反应物转化率,但是提高了产物选择性。 【关键词】：甲烷重整 工艺条件 反应性能
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE665.3
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 图目录13-14
• 表目录14-15
• 符号与单位说明15-16
• 1 绪论16-30
• 1.1 甲烷重整的研究背景与意义16-17
• 1.2 甲烷储量和应用优势17-18
• 1.3 甲烷重整制合成气18-21
• 1.3.1 甲烷二氧化碳重整19
• 1.3.2 甲烷水蒸气重整19-20
• 1.3.3 甲烷部分氧化重整20
• 1.3.4 甲烷联合重整20-21
• 1.4 甲烷重整研究进展21-27
• 1.4.1 催化剂研究进展21-24
• 1.4.2 反应机理研究进展24-27
• 1.4.3 甲烷重整技术应用27
• 1.5 选题依据和研究思路27-30
• 2 催化剂的制备和性能表征30-38
• 2.1 实验原料与主要仪器30-31
• 2.2 催化剂制备31-32
• 2.3 催化剂的表征32-38
• 2.3.1 催化剂物相测定(X-ray diffraction)32-33
• 2.3.2 催化剂还原性能测定(H_2-TPR)33-34
• 2.3.3 催化剂比表面积和孔结构(BET)34-35
• 2.3.4 催化剂热稳定性(TG-DTA)35-36
• 2.3.5 小结36-38
• 3 甲烷重整评价装置与评价方法38-44
• 3.1 甲烷重整评价装置38
• 3.2 甲烷重整评价方法38-44
• 3.2.1 校正因子测定38-39
• 3.2.2 实验操作39
• 3.2.3 数据处理39-44
• 4 甲烷二氧化碳重整工艺条件的研究44-52
• 4.1 反应温度的影响44-46
• 4.2 CH_4/CO_2配比的影响46-48
• 4.3 原料气空速的影响48-51
• 4.4 小结51-52
• 5 甲烷联合重整工艺条件的研究52-70
• 5.1 甲烷二氧化碳临氧重整工艺条件的研究52-61
• 5.1.1 反应温度的影响52-55
• 5.1.2 CO_2/O_2配比的影响55-57
• 5.1.3 原料气空速的影响57-60
• 5.1.4 小结60-61
• 5.2 甲烷三重整工艺条件的研究61-70
• 5.2.1 反应温度的影响61-63
• 5.2.2 O_2/H_2O配比的影响63-66
• 5.2.3 原料气空速的影响66-67
• 5.2.4 小结67-70
• 6 结论70-72
• 7 问题与展望72-74
• 7.1 存在的主要问题72
• 7.2 研究展望72-74
• 8 参考文献74-80
• 致谢80-81
• 作者简介及在读期间主要研究成果81

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

金属-载体相互作用对CH_4/CO_2重整反应中Rh基催化剂抗积炭性能的影响    王锐;刘雪斌;陈燕馨;李文钊;徐恒泳;

助剂对甲烷干重整 Ni/γ-Al_2O_3催化剂性能的影响(英文)    Ahmed S.A.AL-FATESH;Anis H.FAKEEHA;Ahmed E.ABASAEED;

天然气水蒸气重整甲醇动力串联型多联产系统性能分析与优化    李洪强;洪慧;金红光;蔡睿贤;

甲烷水蒸气重整反应研究进展    孙杰;孙春文;李吉刚;周添;董中朝;陈立泉;

甲烷临氧催化转化制合成气研究进展    井强山;方林霞;楼辉;郑小明;

典型碳氢化合物水蒸气重整制氢研究进展    孙道安;李春迎;张伟;吕剑;

甲烷三重整制合成气    姜洪涛;李会泉;张懿;

Ir/SiO_2上甲烷部分氧化制合成气反应的原位时间分辨红外和原位Raman光谱表征    翁维正,罗春容,李建梅,刘颖,林海强,黄传敬,万惠霖

甲烷部分氧化催化剂上的积碳研究进展    胡久彪;余长林;周晓春;

甲烷与二氧化碳催化重整制取合成气催化剂    王莉;敖先权;王诗瀚;

负载型纳米ZrO_2-Al_2O_3复合载体中ZrO_2的负载量对Ni基催化剂性能的影响    李凝;

担载型铱催化剂上CO吸附量热和红外光谱研究    王兴棠;李林;黄延强;王晓东;张涛;

常压高频放电等离子体炬改进制备CO_2/CH_4重整用Ni/MgO催化剂    覃攀;徐慧远;龙华丽;冉祎;尚书勇;储伟;印永祥;戴晓雁;

BaTiO_3-BaAl_2O_4-Al_2O_3复合载体的制备、表征及其Ni基催化剂催化CH_4/CO_2重整反应性能    胡全红;黎先财;杨爱军;杨春燕;

甲烷重整制氢用催化剂的研究进展    杨修春;韦亚南;

甲烷部分氧化与甲烷二氧化碳重整耦合制合成气Co系催化剂研究    郑小明,莫流业,井强山,费金华,楼辉

天然气制备合成气的技术进展    黄康胜;周发钊;

流化床在甲烷临氧CO_2重整反应中的作用研究    井强山;刘鹏;楼辉;郑小明;

天然气替代丙烷气制备可控气氛的能耗分析    李伟;时章明;王洪才;

甲烷二氧化碳催化重整制取合成气的研究进展    郭海军;杨民;周乐;李彦生;王炜;于洪全;

CO/Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2催化剂的制备及甲烷部分氧化研究    余长林;胡久彪;翁维正;陈喜蓉;舒庆;周小春;

廊固凹陷旧州-固安构造带致密储层特征及成因研究    周磊;操应长;卢双舫;

晶格氧部分氧化甲烷制取合成气的基础研究    魏永刚

流化床中甲烷临氧自然重整的镍基催化剂及反应机理研究（附：甘油选择性催化氧化初探）    高静

铑基催化剂上甲烷二氧化碳重整反应的研究    钱林平

吸附法浓缩煤层气甲烷研究    刘聪敏

微细通道内甲烷湿空气低温自热催化重整反应理论分析及实验研究    赵柳洁

天然气非催化部分氧化过程转化炉大型化关键技术研究    郭文元

煤层甲烷经合成气制液态烃的研究    徐东彦

流化床甲烷临氧CO_2重整制合成气镍系催化剂研究    井强山

CO催化偶联反应机理和杂质对催化剂活性影响研究    高正虹

钙钛矿材料的透氧性能及YBCO膜反应器中甲烷转化制合成气的研究    胡捷

CO_2在La_2O_3(001)表面的解离    丁方园

炭基催化体系下CH_4-CO_2重整反应活性的研究    李彦军

Ni/MgO-Al_2O_3的制备及甲烷重整反应行为    王佳佳

甲烷重整镍基催化剂制备及催化性能研究    潘秉荣

煤、气联合制甲醇的环境影响研究    冯夕悦

基于活性炭的CO_2微波重整CH_4制合成气的实验研究    李中庆

介质阻挡放电等离子体制备甲烷CO_2重整镍基催化剂    李艳

甲烷快速催化重整制取合成气的试验研究    罗韬

合成氨装置采用抽气法生产氢气和丁醇合成气项目的研究    贾洪义

Ni-Pt双组分催化剂的制备及催化性能研究    党琼

甲烷部分氧化制合成气的La_2O_3助Ni/MgAl_2O_4催化剂    张兆斌,余长春,沈师孔

不同前驱物对Ni催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应的影响    季亚英,李文钊,徐恒泳,陈燕馨,于春英,于丰云

Ni与Al_2O_3相互作用对甲烷部分氧化制合成气Ni/Al_2O_3催化剂上积炭性能的影响    吴廷华,李少斌,严前古

天然气-二氧化碳-水蒸气-氧转化制合成气的研究——稀土助剂的作用    史克英,徐恒泳,张桂玲,王玉忠,徐国林,韦永德

La_2O_3对NiCu/MgSiO催化剂的甲烷部分氧化制氢反应性能的影响    王爱菊,钟顺和

加压下Ni/MgO催化剂催化CO_2重整CH_4反应的特性    王玉和,徐柏庆

含硫液体烃燃料水蒸气重整制氢Ⅰ.Pt/Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)催化剂的制备、表征和抗硫性能    陈金春;刘晔;路勇;薛青松;高立达;王亚;何鸣元;

用常压高频冷等离子体射流还原Ni/γ-Al_2O_3催化剂的新方法    刘改焕;储伟;龙华丽;戴晓雁;印永祥;

金属-载体相互作用对CH_4/CO_2重整反应中Rh基催化剂抗积炭性能的影响    王锐;刘雪斌;陈燕馨;李文钊;徐恒泳;

La_(0.75)Sr_(0.25)Mn_(1-x)Ni_xO_(3+δ)材料的制备及其催化甲烷部分氧化性能    王磊;曾少华;张丽娟;陈耀强;龚茂初;

汽油低温水蒸气重整催化剂的研究    陈亚中;徐恒泳;王玉忠;金香兰;熊国兴;

    中国科学院国家科学图书馆武汉分馆 张军

CH_4/CO_2重整反应中Rh基催化剂上CeO_2的助剂作用研究    王锐

Ni-Co双金属催化剂的制备及其在CO_2重整CH_4反应中的催化性能研究    陈娟荣

La-Ni-O系催化剂用于甲烷部分氧化制合成气的研究    杨继海

介质阻挡放电条件下甲烷二氧化碳重整制备合成气的研究    黄珍

铈锆对甲烷部分氧化制合成气钯催化剂催化性能的影响    石芳丽

非平衡等离子体用于甲烷二氧化碳重整制合成气的研究    朱威娜

甲烷部分氧化制合成气Ni基整体型催化剂及助剂CeO_2改性作用研究    史玉立

基于Pt/CZO/Al_2O_3催化剂的多种碳氢燃料水蒸气重整制氢技术的实验研究    邓福山

环境友好条件下甲烷等离子体重整制氢的研究    陈文艳

甲烷催化重整制合成气反应的Ni基复合催化剂的研究    王建坤

煤气化与天然气转化组合工艺生产甲醇方案的优化    查旭峰

烟浪丁工艺条件的改进    陶宏 ,周波

维生素C丸生产最佳工艺条件的探讨    肖艳红;周春兰;

温热清口服液工艺条件的筛选    高明,韩在虹,金福厚

重楼提取工艺的研究    兰洁;杨明;马家骅;

扶正散结片提取工艺    杨兴;吴玉强;苏健;黄海滨;

双酶法水解白果工艺条件的研究    杨芳;唐懿骏;张若花;侯莎莎;张志才;

高效丝光工艺及高速丝光设备    

短纤维高速拉伸设备及工艺比较    戚敏;

拉伸──松驰法羊毛卷曲加工的研究    王群

外销50/50棉粘混纺杂色布的开发    曲明艳;

水蛭酶提取工艺的研究    侯林;田景振;

锑系催化剂醋酸锑的工艺条件研究    王喜然;

黄芪多糖的提取工艺及含量测定方法的研究    夏立娟;

两种不同制备工艺在复方苦参止痒液中的应用研究    董振咏;董慧咏;

两种不同制备工艺在复方苦参止痒液中的应用研究    董振咏;董慧咏;

无氰镀银液组成及工艺条件的研究    吴青龙;安茂忠;卢俊峰;

当归提取成分种类与提取工艺相关性的探究    易延逵;陈志良;

君迁子叶中维生素C的积累动态与提取工艺的研究    马志刚;王勤;张雅馨;

超临界CO_2萃取牛蒡子油的研究 Ⅰ．提取工艺条件的研究    徐建浦;王远明;余佳平;郁威;

荔枝多糖超声微波酶解协同提取工艺优化    陈卫云;张名位;魏振承;张雁;邓媛元;唐小俊;李武;张业辉;

QbD在病毒灭活工艺中的应用    石正国

盐城发现DL-HPG最佳工艺条件    齐继成

凹印油墨采购三要素    杨虎林

脲硫酸分解磷矿一步法制复肥新工艺    侯翠红 张宝林 王光龙 汤建伟

科技、环保、领先 五彩斑斓的PPG    本报记者 赵三明

羧甲基壳聚糖植入可降解缓释微球的制备工艺及生物医学特性    尹承慧

多功能融合肝素酶的设计及其制备低分子量肝素工艺    叶逢春

PET瓶吹塑工艺及瓶坯结构参数的优化研究    吕超

护心灵复方有效活性部位制备工艺的优化与药效学研究    刘旭

金黄片制备工艺及质量标准研究    王邵林

三株放线菌降解风化煤的工艺条件研究    王春颖

江西弋阳蛇纹石尾矿有价元素综合利用的工艺条件研究    徐玉娟

精苯车间火灾危险性分析    王海权

黄精多糖的提取工艺及其纯化、分离    徐渭沅

半连续内部沸腾提取—乙酸乙酯萃取生产绿原酸新工艺研究    刘晓辉

暗紫贝母药用有效成份提取工艺及化学成份的研究    韩鸿萍

去屑止痒中药复方工艺及质量研究    崔龙海

黄芩软化、切制工艺规范化研究    廖建萍