甲烷部分氧化制合成氣Ni基整體型催化劑及助劑CeO_2改性作用研究

【摘要】： 近年來,天然氣部分氧化成為天然氣轉(zhuǎn)化制合成氣領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的二氧化碳水蒸氣重整制合成氣生產(chǎn)方法相比,甲烷催化部分氧化具有設(shè)備投資少、反應(yīng)器體積小、能耗低、生成H_2和CO的摩爾比接近2,適合下游合成甲醇和費(fèi)托合成反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。 本文在前期工作的基礎(chǔ)上,采用聚乙二醇作分散劑,經(jīng)過干燥,模壓成型,還原和燒結(jié)等步驟,制備了甲烷部分氧化制合成氣整體型Ni和Ni-CeO_2催化劑。并通過粒度分析、TPR、XRD、ESEM及活性評價(jià)等手段,分別對催化劑的制備條件及反應(yīng)工藝條件進(jìn)行了研究。 本文選擇CeO_2作為助劑,利用其良好的貯氧和遷移氧的能力,添加到鎳基整體型催化劑中進(jìn)行催化劑改性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以硝酸鈰溶液浸漬方式添加CeO_2制備的催化劑具有表面孔道多、晶型好、分散均勻及催化活性和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)?？疾炝酥鷦〤eO_2添加量對催化劑活性的影響,結(jié)果表明適宜的CeO_2添加量為10wt%。整體型Ni-CeO_2催化劑適宜的制備條件為:聚乙二醇添加量3wt%,CeO_2以硝酸鈰溶液浸漬方式添加,添加量為10wt%,空氣氣氛下500℃焙燒2h,氫氮混合氣氛下500℃還原1h,氮?dú)獗Ｗo(hù)下1000℃燒結(jié)1h。 整體型Ni-CeO_2催化劑在甲烷部分氧化制合成氣反應(yīng)中具有較好的催化活性。實(shí)驗(yàn)得到優(yōu)化的工藝條件為:原料氣中CH_4/O_2配比1.9,反應(yīng)溫度930℃、空速為1.2×105h-1。在此條件下進(jìn)行的催化劑性能評價(jià)得到的反應(yīng)結(jié)果為:CH_4轉(zhuǎn)化率為97%,H_2和CO選擇性分別為92%和98%,產(chǎn)物中H_2/CO比為1.88。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 部分氧化 整體型 鎳基催化劑 二氧化鈰
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(xiàn)綜述8-21
• 1.1 前言8
• 1.2 天然氣的利用現(xiàn)狀8-11
• 1.2.1 甲烷水蒸氣重整工藝10
• 1.2.2 二氧化碳重整工藝10
• 1.2.3 聯(lián)合重整工藝10-11
• 1.2.4 甲烷部分氧化工藝11
• 1.3 甲烷部分氧化的反應(yīng)機(jī)理11-14
• 1.3.1 間接反應(yīng)機(jī)理12-13
• 1.3.2 直接氧化機(jī)理13-14
• 1.4 甲烷部分氧化反應(yīng)催化劑研究現(xiàn)狀14-19
• 1.4.1 貴金屬催化劑14-15
• 1.4.2 非貴金屬催化劑15-16
• 1.4.3 助劑的添加16-18
• 1.4.4 非負(fù)載型金屬催化劑18-19
• 1.5 反應(yīng)條件對甲烷部分氧化的影響19-20
• 1.5.1 反應(yīng)溫度的影響19
• 1.5.2 氣體空速的影響19
• 1.5.3 反應(yīng)體系壓力的影響19-20
• 1.5.4 甲烷氧氣配比的影響20
• 1.6 課題研究內(nèi)容及意義20-21
• 1.6.1 研究內(nèi)容20
• 1.6.2 課題意義20-21
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分21-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器21-22
• 2.2 鎳基催化劑的制備22-23
• 2.2.1 制備工藝22
• 2.2.2 制備步驟22-23
• 2.3 甲烷部分氧化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)23-27
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置23-25
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)流程與數(shù)據(jù)計(jì)算25
• 2.3.3 分析方法25-27
• 2.4 催化劑物性表征27-30
• 2.4.1 粒度分析28
• 2.4.2 X射線衍射(XRD)測定28
• 2.4.3 環(huán)境掃描電子顯微鏡（ESEM）表征28
• 2.4.4 催化劑還原性能表征（TPR）28-30
• 第三章 整體型鎳基催化劑制備、表征與活性評價(jià)30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 催化劑制備30-35
• 3.2.1 分散劑的選擇30-31
• 3.2.2 鎳粉原料粒度及分布31
• 3.2.3 分散劑聚乙二醇的去除31-34
• 3.2.4 還原與燒結(jié)條件34-35
• 3.3 聚乙二醇添加量對催化劑性能的影響35-36
• 3.4 整體型鎳基催化劑表征36-39
• 3.4.1 X射線衍射(XRD)表征37-38
• 3.4.2 環(huán)境掃描電鏡（ESEM）表征38-39
• 3.5 小結(jié)39-40
• 第四章 二氧化鈰對鎳基整體型催化劑的改性作用研究40-55
• 4.1 引言40
• 4.2 整體型Ni-CeO_2催化劑的制備40-42
• 4.2.1 助劑的選擇40-41
• 4.2.2 整體型Ni-CeO_2催化劑的制備41-42
• 4.3 CeO_2的添加方式對催化劑性能的影響42-51
• 4.3.1 添加方式對催化劑表面結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性的影響42-45
• 4.3.2 添加方式對催化劑晶粒大小的影響45-46
• 4.3.3 添加方式對催化劑分散性的影響46-49
• 4.3.4 添加方式對催化劑活性的影響49-51
• 4.4 CeO_2的添加量對催化劑活性的影響51-52
• 4.5 CeO_2的添加對催化劑還原性能的影響52
• 4.6 整體型Ni-CeO_2催化劑X射線衍射表征52-54
• 4.7 整體型Ni-CeO_2催化劑活性評價(jià)結(jié)果54
• 4.8 小結(jié)54-55
• 第五章 整體型Ni-CeO_2催化劑甲烷部分氧化反應(yīng)研究55-60
• 5.1 引言55
• 5.2 Ni-CeO_2催化劑甲烷部分氧化工藝研究55-58
• 5.2.1 反應(yīng)溫度的影響55-56
• 5.2.2 CH_4/O_2配比的影響56-57
• 5.2.3 空速的影響57-58
• 5.3 Ni-CeO_2催化劑反應(yīng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)58
• 5.4 小結(jié)58-60
• 第六章 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 附錄一 TPR空白實(shí)驗(yàn)65-66
• 附錄二 標(biāo)準(zhǔn)合成氣氣相色圖譜66-67
• 致謝67

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