甲烷部分氧化制合成氣Ni-Ce_xZr_（1-x）O_2催化劑的研究

【摘要】： 甲烷部分氧化制合成氣具有設備投資少、反應器體積小、能耗低、生成H_2和CO的摩爾比接近2等優(yōu)點,適合甲醇合成及費托合成反應。因此,該反應受到人們的廣泛重視。 本文結合課題組前期工作,主要從甲烷部分氧化催化劑的制備、工藝條件及催化劑表面狀態(tài)等幾方面進行了研究。 催化劑采用聚乙二醇為分散劑;以硝酸鹽溶液浸漬方式添加第一助劑CeO_2及第二助劑ZrO_2,并通過TG-MS、TPR等手段,對催化劑的制備條件進行了考察,確定了催化劑適宜的制備條件為空氣氣氛500℃焙燒2h,10%氫-90%氮混合氣氛下500℃還原1h,氮氣保護下1000℃燒結1h。 論文對添加第二助劑ZrO2后的Ni-Ce_xZr_(1-x)O_2催化劑進行了活性評價,并通過XRD、BET等表征方法分析了不同x值對催化劑晶相結構、表面性質的影響。分析表明,第二助劑ZrO2的加入,能與CeO_2形成固溶體,改善了催化劑儲氧移氧的能力。適宜的x值為0.8,此反應后最佳工藝條件為進料摩爾比CH_4/O_2=2.0、反應溫度930℃、空速1.4×10~5h~(-1)。在上述條件下,CH4轉化率98%,H2和CO選擇性分別為93%和98%,產物中H_2/CO摩爾比為1.9。 論文采用TPSR-MS技術研究了純Ni、Ni-CeO_2和Ni-CexZr_(1-x)O_2催化劑表面狀態(tài)對催化劑甲烷部分氧化性能的影響。結果表明,在反應溫度下,還原態(tài)Ni物種是CH_4解離的活性中心;助劑CeO_2和ZrO_2的加入能明顯改善催化劑表面的性質,促進CH_4的轉化;催化劑表面氧物種的存在形式和濃度對甲烷部分氧化反應具有一定的影響,加入CeO_2和ZrO_2助劑能有效改善催化劑表面氧物種的存在形式和濃度。 【關鍵詞】：甲烷 部分氧化 Ni基催化劑 CeO_2-ZrO_2助劑 表面狀態(tài)
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TE665.3
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文獻綜述8-21
• 1.1 前言8
• 1.2 甲烷的利用途徑和現狀8-11
• 1.2.1 非催化部分氧化9
• 1.2.2 蒸汽重整9-10
• 1.2.3 二氧化碳重整10
• 1.2.4 聯(lián)合重整10
• 1.2.5 自熱重整10
• 1.2.6 甲烷部分氧化10-11
• 1.3 甲烷部分氧化熱力學和動力學11-14
• 1.3.1 熱力學分析11-14
• 1.3.2 動力學分析14
• 1.4 甲烷部分氧化反應機理14-15
• 1.4.1 燃燒-重整機理14-15
• 1.4.2 直接氧化機理15
• 1.5 甲烷部分氧化反應催化劑的研究15-19
• 1.5.1 活性組分的研究16-17
• 1.5.2 反應活性中心的研究17-18
• 1.5.3 助劑的研究18-19
• 1.5.4 積碳的研究19
• 1.6 本課題研究的內容19-21
• 第二章 實驗部分21-29
• 2.1 實驗原料21-22
• 2.1.1 實驗所用氣體21
• 2.1.2 實驗所用化學試劑21-22
• 2.2 催化劑的制備22-23
• 2.2.1 助劑添加及成型22
• 2.2.2 焙燒與還原22-23
• 2.3 催化劑的測試表征23-25
• 2.3.1 X-射線衍射（XRD）23
• 2.3.2 熱重分析（TGA-MS）23
• 2.3.3 程序升溫還原（H_2-TPR）23-24
• 2.3.4 比表面積（BET）24
• 2.3.5 程序升溫表面反應（TPSR-MS）24-25
• 2.4 甲烷部分氧化催化劑反應活性的評價25-29
• 2.4.1 實驗流程25
• 2.4.2 實驗裝置25-26
• 2.4.3 分析方法26-29
• 第三章 Ni-Ce_xZr_(1-x)O_2催化劑的制備及性能研究29-48
• 3.1 催化劑的制備29-37
• 3.1.1 分散劑及助劑29-31
• 3.1.2 焙燒條件的研究31-35
• 3.1.3 還原和燒結條件35-37
• 3.2 鈰鋯比對催化性能的影響37-42
• 3.2.1 助劑改性催化劑的活性評價結果37-38
• 3.2.2 Ni-Ce_xZr_(1-x)O_2催化劑的X射線衍射表征38-39
• 3.2.3 鈰鋯比對催化劑晶相結構的影響39-41
• 3.2.4 助劑添加對催化劑表面物理性質的影響41-42
• 3.3 工藝條件選擇及穩(wěn)定性實驗42-46
• 3.3.1 工藝條件研究42-46
• 3.3.2 穩(wěn)定性實驗46
• 3.4 本章小結46-48
• 第四章 Ni-Ce_xZr_(1-x)O_2催化劑表面反應的研究48-60
• 4.1 實驗裝置及流程48-49
• 4.2 CH_4和O_2脈沖反應49-55
• 4.2.1 CH_4與O_2脈沖反應結果分析49-53
• 4.2.2 脈沖產物峰的分析53-55
• 4.3 氧物種的影響55-59
• 4.3.1 CH_4和O_2脈沖反應結果分析55-57
• 4.3.2 脈沖產物峰的分析57-59
• 4.4 本章小結59-60
• 第五章 結論60-61
• 參考文獻61-65
• 附錄65-69
• 附錄一 反應裝置流程65-66
• 附錄二 標準合成氣氣相色譜圖66-67
• 附錄三 質譜檢測碎片67-69
• 致謝69

您可以在本站搜索以下學術論文文獻來了解更多相關內容

Ni整體型催化劑大空速甲烷自熱氧化制合成氣    王亞權

Ni/Al_2O_3催化劑上CH_4部分氧化制合成氣反應積碳的原因    李春義,余長春,沈師孔

CH_4-CO_2重整反應鎳催化劑的積碳性能研究    李文英,馮杰,謝克昌,孫泉

甲烷催化部分氧化制合成氣研究新進展    路勇,沈師孔

天然氣催化轉化新進展    李文釗

載體對甲烷催化部分氧化制合成氣的影響    嚴前古，李基濤，吳廷華，翁維正，萬惠霖,于作龍，高利珍，儲偉,遠松月

當代天然氣工業(yè)及其發(fā)展前景    錢伯章

甲烷催化部分氧化制合成氣的反應機理    金榮超,陳燕馨,崔巍,李文釗,于春英,江義

鈰鋯復合氧化物催化劑的儲放氧能力和高溫穩(wěn)定性    王振華,陸世鑫,賈積曉,張德源

整體型海綿鎳催化劑甲烷部分氧化制合成氣研究    孫長庚

粉末模壓法鎳催化劑制備及其在甲烷部分氧化制合成氣反應的應用    王嵩林

我國天然氣資源的可持續(xù)發(fā)展與利用    李寧,馬慶元,郭繼平

不同沉淀劑對鈰鋯復合稀土氧化物性能的影響    閻忠君,王京剛,文明芬,陳靖,顧永萬

納米鈰鋯氧化物粉末的制備和表征    張俊卿;郭軍平;郝茂榮;

Ni/γ-Al_2O_3催化劑上CH_4-CO_2重整體系中積碳消碳的研究    許崢,張鎏,張繼炎

以晶格氧為氧源的甲烷部分氧化制合成氣    李然家,余長春,代小平,沈師孔

鈣鈦礦型La_0.8Sr_0.2FeO_3中的晶格氧用于甲烷選擇氧化制取合成氣    李然家,余長春,代小平,沈師孔

不同礦源橄欖石對催化苯水蒸氣重整的影響    楊小芹;徐紹平;胡冠;劉長厚;

用于CH_4/CO_2重整反應Ni/ZrO_2-Al_2O_3催化劑的結構和抗積炭性能    劉欣梅;高曉;李翔;

MoO_3/HBZSM-5催化劑上甲烷的無氧芳構化反應    李爽,彭艷兵,張春雷,張密林,張銳,吳通好

甲烷重整制氫用催化劑的研究進展    楊修春;韋亞南;

天然氣液化流程的計算及熱力學分析    蒲亮;李恩道;高長永;孫善秀;厲彥忠;

晶格氧部分氧化甲烷制取合成氣的基礎研究    魏永剛

Ni基催化劑上甲烷二氧化碳重整制合成氣的研究    張安杰

介孔鈰鋯復合氧化物—聚合物雜化材料的制備及性能研究    邰曉曦

微細通道內甲烷濕空氣低溫自熱催化重整反應理論分析及實驗研究    趙柳潔

天然氣非催化部分氧化過程轉化爐大型化關鍵技術研究    郭文元

二氧化碳氧化乙烷—低溫Cr系催化劑和反應過程的研究    楊宏

高溫催化材料制備方法及其在甲烷催化燃燒中應用的研究    徐金光

甲烷芳構化催化劑穩(wěn)定性的研究    白杰

煤層甲烷經合成氣制液態(tài)烴的研究    徐東彥

流化床甲烷臨氧CO_2重整制合成氣鎳系催化劑研究    井強山

合成氣制天然氣鎳基催化劑的研究    胡賢輝

基于J-103H催化劑的合成氣甲烷化研究    徐超

CO_2在La_2O_3(001)表面的解離    丁方園

甲醇蒸氣重整制氫和CO選擇氧化：整裝式微纖結構化Pd-ZnO/Al_2O_3和Pt-Co/Al_2O_3催化劑研究    凌敏

Ni/MgO-Al_2O_3的制備及甲烷重整反應行為    王佳佳

擴孔改性復合催化劑對ReSER制氫性能的影響    唐琪

ZrO_2用于提高ReSER制氫復合催化劑的穩(wěn)定性研究    王璐璐

一氧化碳甲烷化反應的研究    張俊濤

合成氨裝置采用抽氣法生產氫氣和丁醇合成氣項目的研究    賈洪義

Ni-Pt雙組分催化劑的制備及催化性能研究    黨瓊

Ni整體型催化劑大空速甲烷自熱氧化制合成氣    王亞權

不同前驅物對Ni催化劑上甲烷部分氧化制合成氣反應的影響    季亞英,李文釗,徐恒泳,陳燕馨,于春英,于豐云

甲烷部分氧化制合成氣載體及助劑對Ni系催化劑活性的影響    余林,袁書華,田久英,王升,儲偉

Ni與Al_2O_3相互作用對甲烷部分氧化制合成氣Ni/Al_2O_3催化劑上積炭性能的影響    吳廷華,李少斌,嚴前古

Ni／Al_2O_3催化劑上甲烷部分氧化制合成氣    路勇,鄧存,丁雪加,沈師孔

甲烷部分氧化制合成氣Ⅰ．催化劑設計    褚衍來,李樹本,林景治,中國科學院蘭州化學物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室

甲烷部分氧化制合成氣Ⅱ．鎳系催化劑的反應性能    褚衍來,李樹本,林景治,顧靖芳,楊英蘭

Ni/Al_2O_3催化劑上甲烷部分氧化制合成氣反應機理    沈師孔,李春義,余長春

CO在Ni/Al_2O_3催化劑上的歧化和氧化反應    李春義,余長春,沈師孔

溶膠-凝膠法制備甲烷部分氧化制合成氣用催化劑    張玉紅,許苓,盛世善,陳恒榮,劉盛林,熊國興

整體型海綿鎳催化劑甲烷部分氧化制合成氣研究    孫長庚

磷鎢酸催化劑部分氧化甲烷合成甲醇的探索性實驗研究    張小平;陳立宇;張秀成;董武;

甲烷臨氧催化轉化制合成氣研究進展    井強山;方林霞;樓輝;鄭小明;

新型材料六鋁酸鹽LaMAl_(11)O_(19-δ)的合成及催化性能    趙麗娜;崔運成;王慶偉;

甲烷臨氧催化轉化制合成氣研究進展    井強山;劉鵬;鄭小明;

天然氣甲烷部分氧化制合成氣的研究進展    吳曉濱;

熔融鹽中晶格氧部分氧化甲烷制取合成氣Ⅰ.原理和熔融鹽體系分析    張翅遠;王華;魏永剛;敖先權;

甲烷部分氧化Ni基催化劑的研究    馮凱;高曉明;

加壓條件下BaNi_(0.3)Al_(11.7)O_(19-δ)催化劑上甲烷部分氧化制合成氣    魯輝,佟建華,楚文玲,楊維慎,林勵吾

Ni/La-Mg-α-Al_2O_3催化劑上甲烷部分氧化制合成氣研究    龐顯峰,景曉燕

甲烷部分氧化反應Ni-CeO_2模壓催化劑的研究    史玉立;劉宗章;姜浩錫;張敏華;

甲烷部分氧化制合成氣Co/MgO/HZSM-5催化劑的研究    張諾偉;黃傳敬;高曉曉;翁維正;萬惠霖;

Ca調變的Co／Al_2O_3催化劑上甲烷部分氧化制合成氣    高曉曉;黃傳敬;張諾偉;翁維正;萬惠霖;

Ni/ZrO_2催化劑上甲烷部分氧化制合成氣的研究    宋月芹;賀德華;

甲烷部分氧化制合成氣中還原過程對Ni催化劑性能的影響    宮立倩;陳吉祥;張繼炎;李萍;

鎳整體型催化劑催化甲烷自熱部分氧化制合成氣研究    王亞權;李云華;韓森;

負載釩氧化物的介孔分子篩選擇性光催化氧化甲烷的性能研究    胡蕓;韋朝海;安保正一;

YSZ/Ni金屬催化劑催化甲烷部分氧化制合成氣    王亞權;洪學斌;

甲烷在Ni-CeO_2-ZrO_2-Al_2O_3催化劑上的部分氧化反應    梅大江;陳耀強;魏振玲;鐘俊波;龔茂初;

鎳整體型催化劑催化甲烷自熱部分氧化制合成氣研究    秦海莉;王亞權;趙玉云;李云華;洪學斌;

Ni／Al_2O_3催化劑上甲烷三重整制合成氣    姜洪濤;李會泉;張懿;

35億年前微生物就能造甲烷    記者　 陳超

日本利用海藻進行甲烷發(fā)電和廢熱供暖系統(tǒng)實驗    新洲

歐美發(fā)現目前火星生命重要證據    王俊鳴

“卡西尼”在土衛(wèi)六上看見“疑似湖泊”    記者 陳勇

南工大開發(fā)高效菌種讓糞便轉化成甲烷    解悅

有雨有河，士衛(wèi)六酷似地球40億年前    記者 楊駿

北極甲烷面臨解凍危險    呂靜 王平才

深海甲烷遇暖破冰升空污染大氣    辛 力

甲烷:氣候變化的引爆器    本報記者 黃永明

地幔中可產生甲烷    記者 曹麗君

等離子體轉化甲烷之實驗與密度泛函理論研究    王建國

Ni、NiH～+、NiO和MgO等活化甲烷的理論研究    楊華清

組合多相催化技術及其在甲烷與小分子化合物耦合反應中的應用    王華

天然氣非催化部分氧化過程轉化爐大型化關鍵技術研究    郭文元

甲烷低溫燃燒反應分子篩負載Pd催化劑    史春開

焦爐煤氣中氫氣和甲烷的吸附分離    劉艷娜

擔載型分子篩催化劑上CH_4選擇還原NO反應的研究    任麗麗

甲烷選擇性催化還原氮氧化物的基礎研究    張惠

甲烷在常壓和高壓下溶解度的測定與計算    夏淑倩

大氣CO_2濃度升高對稻—麥輪作農田溫室氣體排放影響的研究    徐仲均

甲烷部分氧化制合成氣Ni-Ce_xZr_（1-x）O_2催化劑的研究    于彥存

粉末模壓法鎳催化劑制備及其在甲烷部分氧化制合成氣反應的應用    王嵩林

甲烷催化部分氧化制合成氣催化劑研究    王福生

鎳表面臺階結構和吸附氧對甲烷解離過程影響的DFT研究    王令光

甲烷部分氧化制合成氣中Ni基催化劑的改性研究    田樹勛

甲烷部分氧化制合成氣中等離子體對催化劑的改性研究    王海濤

甲烷部分氧化反應過程的DFT研究    臧旭

CH_4-CO_2低溫轉化合成含氧有機物的研究    王曉紅

甲烷在甲醇和烴類混合溶劑中高壓溶解度的研究    郭玉高

改性尿素對農田溫室氣體排放的影響    荊瑞勇