甲烷快速催化重整制取合成氣的試驗(yàn)研究

【摘要】：天然氣重整制取合成氣(H_2和CO),然后再合成其他化工產(chǎn)品已經(jīng)成為天然氣轉(zhuǎn)化利用的主導(dǎo)路線。天然氣快速催化重整用于天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)摻氫燃燒也有很好的應(yīng)用前景。為了研究天然氣快速催化重整反應(yīng)的規(guī)律,本文設(shè)計(jì)并搭建了甲烷快速催化重整反應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,采用常規(guī)浸漬法制備了Rh/α-Al_2O_3和Pt/α-Al_2O_3催化劑,開展了甲烷部分氧化重整和甲烷二氧化碳自熱重整實(shí)驗(yàn)研究。 研究了CH_4/O_2的比例、預(yù)混合氣中N_2的比例、預(yù)混合氣溫度、反應(yīng)氣體總流率對(duì)甲烷部分氧化重整中CH_4的轉(zhuǎn)化率、H_2和CO的選擇性、尾氣中H_2/CO以及反應(yīng)床內(nèi)的溫度分布的影響規(guī)律。主要結(jié)論如下: 1、以Rh為催化劑的甲烷部分氧化反應(yīng)符合燃燒-重整反應(yīng)模型,即反應(yīng)生成的大部分H_2和CO是先由CH_4與O_2反應(yīng)生成完全氧化產(chǎn)物H_2O和CO_2,再與未反應(yīng)完的CH_4進(jìn)行二次重整反應(yīng)產(chǎn)生;以Pt為催化劑的甲烷部分氧化反應(yīng)符合直接反應(yīng)模型,即反應(yīng)產(chǎn)生的大部分H_2和CO是由CH_4與O_2反應(yīng)直接生成。 2、在甲烷部分氧化重整反應(yīng)中,相同條件下,以Rh為催化劑與以Pt為催化劑相比,反應(yīng)中CH_4的轉(zhuǎn)化率、H_2的選擇性以及尾氣中H_2/CO都更高,CO的選擇性相差不大,而平均反應(yīng)溫度更低。 3、提高反應(yīng)溫度,降低反應(yīng)氣體中O_2的分壓,都有助于提高CO和H_2的選擇性。 4、催化劑表面O*濃度對(duì)二次重整反應(yīng)的影響大于溫度對(duì)其影響;表面O*濃度對(duì)于水蒸氣重整的影響大于其對(duì)于CO_2重整的影響。 5、溫度對(duì)H_2脫附的影響比對(duì)CO脫附的影響大;溫度的提高對(duì)水蒸氣重整反應(yīng)的促進(jìn)作用比對(duì)CO_2重整反應(yīng)的促進(jìn)作用要大。 通過改變CH_4/CO_2/O_2的比例、預(yù)混合氣溫度等參數(shù),考察甲烷二氧化碳自熱重整中CH_4、CO_2的轉(zhuǎn)化率、H_2的選擇性、H_2和CO的產(chǎn)率、尾氣中H_2/CO等的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn): 1、在甲烷CO_2自熱重整反應(yīng)中,相同條件下,以Rh為催化劑與以Pt為催化劑相比,反應(yīng)中CH_4、CO_2的轉(zhuǎn)化率,H_2、CO產(chǎn)率,H_2的選擇性以及H_2/CO都更高,而平均反應(yīng)溫度更低。 2、在甲烷CO_2自熱重整反應(yīng)中,當(dāng)提高反應(yīng)氣體中O_2比例時(shí),CH_4與CO_2的轉(zhuǎn)化率都隨之升高,可見溫度對(duì)CO_2轉(zhuǎn)化率的影響比O_2濃度對(duì)其影響大。 3、隨著反應(yīng)條件的改變,反應(yīng)中CH_4轉(zhuǎn)化率的變化趨勢(shì)可能與部分氧化產(chǎn)物(H_2、CO)的選擇性的變化趨勢(shì)不同,但一般CH_4的轉(zhuǎn)化率的變化對(duì)H_2、CO產(chǎn)率的變化趨勢(shì)影響更大。 4、不管催化劑是Rh還是Pt,隨著總流率的上升,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率上升的速度減小。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 快速重整 合成氣 部分氧化 二氧化碳自熱重整
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TE665.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 課題研究背景9-11
• 1.2 天然氣重整技術(shù)概述11-14
• 1.2.1 水蒸氣重整11-12
• 1.2.2 二氧化碳重整12-13
• 1.2.3 部分氧化重整13
• 1.2.4 自熱重整13-14
• 1.3 甲烷重整技術(shù)研究現(xiàn)狀14-21
• 1.3.1 甲烷水蒸氣重整研究進(jìn)展14-16
• 1.3.2 甲烷二氧化碳重整研究進(jìn)展16-17
• 1.3.3 甲烷部分氧化重整研究進(jìn)展17-19
• 1.3.4 甲烷自熱重整研究進(jìn)展19-20
• 1.3.5 快速催化重整20-21
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容和目的21-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，催化劑的制備及表征22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)所用的原料、反應(yīng)氣體以及設(shè)備22-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)用到的試劑、原料和氣體22-23
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)中用到的設(shè)備23
• 2.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)介紹23-28
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架23-24
• 2.3.2 石英管反應(yīng)器24-26
• 2.3.3 氣相色譜儀的工作原理及其標(biāo)定26-28
• 2.4 催化劑的制備28-29
• 2.4.1 載體材料的選擇28-29
• 2.4.2 催化劑制備方法29
• 2.5 催化劑的SEM 表征29-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第三章 甲烷快速部分氧化重整的實(shí)驗(yàn)研究32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理32-33
• 3.3 以Rh 為催化劑的甲烷部分氧化重整的實(shí)驗(yàn)研究33-42
• 3.3.1 預(yù)混合氣溫度對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響35-37
• 3.3.2 N_2比例對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響37-40
• 3.3.3 CH_4/O_2對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響40-41
• 3.3.4 反應(yīng)氣體總流率對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響41-42
• 3.4 以Pt 為催化劑的甲烷部分氧化重整的實(shí)驗(yàn)研究42-48
• 3.4.1 預(yù)混合氣溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響43-44
• 3.4.2 N_2比例對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響44-45
• 3.4.3 CH_4/O_2比例對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響45-47
• 3.4.4 反應(yīng)氣體總流率對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響47-48
• 3.5 兩種貴金屬催化劑催化性能比較48-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 第四章 甲烷快速CO_2自熱重整的實(shí)驗(yàn)研究51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理51
• 4.3 以Rh 為催化劑的CO_2自熱重整的實(shí)驗(yàn)研究51-58
• 4.3.1 反應(yīng)氣體預(yù)混合氣溫度對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響52-53
• 4.3.2 反應(yīng)氣體中CH_4的比例對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響53-54
• 4.3.3 反應(yīng)氣體中CO_2的比例對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響54-56
• 4.3.4 反應(yīng)氣體中O_2的比例對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響56-57
• 4.3.5 反應(yīng)氣體總流率對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響57-58
• 4.4 以Pt 為催化劑的CO_2自熱重整的實(shí)驗(yàn)研究58-63
• 4.4.1 反應(yīng)氣體預(yù)混合氣溫度對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響58-59
• 4.4.2 反應(yīng)氣體中CH_4比例對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響59-60
• 4.4.3 反應(yīng)氣體中CO_2比例對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響60-61
• 4.4.4 反應(yīng)氣體中O_2比例對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響61-62
• 4.4.5 反應(yīng)氣體總流率對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響62-63
• 4.5 兩種催化劑對(duì)于CO_2自熱重整反應(yīng)性能的對(duì)比63-64
• 4.6 本章小結(jié)64-65
• 第五章 全文總結(jié)及工作展望65-67
• 5.1 全文總結(jié)65-66
• 5.2 工作展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文75-76
• 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文答辯決議書76-78

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