膜反應(yīng)器中甲烷部分轉(zhuǎn)化制合成氣

【摘要】： 隨著石油資源的日益枯竭，對天然氣的開發(fā)逐漸成為熱點。利用膜反應(yīng)器進(jìn)行甲烷部分轉(zhuǎn)化制合成氣是近年來一個新的研究方向，由于利用較高氧滲透率的混合導(dǎo)體透氧膜可從空氣中直接制取純氧，使制氧過程和催化過程同時完成，簡化了操作過程和費用，提高了反應(yīng)的選擇性和反應(yīng)過程的安全性，可很大程度上降低生產(chǎn)成本，具有很大的應(yīng)用前景。本文以YBCO及其摻Co為膜反應(yīng)器進(jìn)行甲烷部分轉(zhuǎn)化制合成氣，TG、SEM和比表面對反應(yīng)后催化劑進(jìn)行了表征，對反應(yīng)后的膜用SEM進(jìn)行了表征。 本文對YBCO膜反應(yīng)器中甲烷部分氧化反應(yīng)性能的研究表明，以Ni／ZrO_2作為催化劑，進(jìn)料氣流量50ml／min、CH_4濃度6.0％(v％)、空速8000h~(-1)條件下，900℃時甲烷轉(zhuǎn)化率、CO選擇性和透氧量(常壓)分別達(dá)到99.8％、95.0％和1.51ml·min~(-1)·cm~(-2)。YBCO膜反應(yīng)器對甲烷部分氧化還表現(xiàn)出一定的自催化作用，沒有催化劑900℃時，甲烷轉(zhuǎn)化率和CO選擇性分別達(dá)到28％、90％?？账賹O選擇性的影響表明，以Ni／ZrO_2作為催化劑在YBCO膜反應(yīng)器中甲烷部分氧化服從間接部分氧化機(jī)理。甲烷部分氧化反應(yīng)適宜的CH_4／O_2比是2／1，高CH_4／O_2比會引起催化劑上的積炭，低CH_4／O_2比會導(dǎo)致CO選擇性下降，進(jìn)料CH_4／O_2比對CO選擇性有較大影響。 YBCO膜反應(yīng)器的反應(yīng)性能是由膜的穩(wěn)定性和催化劑的穩(wěn)定性共同決定的，膜的穩(wěn)定性隨溫度升高而變差。SEM表明膜的穩(wěn)定性差的原因是高溫強(qiáng)還原性氣氛下，導(dǎo)致YBCO的結(jié)構(gòu)破壞引起。甲烷部分氧化過程中催化劑的失活主要由催化劑上積炭引起，在實驗反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，積炭主要是通過甲烷裂解反應(yīng)發(fā)生，TG表明，溫度越高催化劑上積炭量越多。SEM說明了850-875℃下，催化劑上所生成的炭主要為絲狀炭，900℃下催化劑上所生成的炭主要為包容炭，包容炭是造成催化劑失活的主要原因。通過對催化劑的比表面分析得知所積炭導(dǎo)致了催化劑比表面的增大。 以Ru／ZrO_2及Ni-Ru／ZrO_2催化劑對甲烷部分氧化膜反應(yīng)器中的催化性能。表明Ru／ZrO_2具有非常好的抗積炭性能和對CO的選擇性能，同時Ru對提高Ni／ZrO_2的抗積炭能力具有明顯的作用。由比表面數(shù)據(jù)得知，反應(yīng)后Ru／ZrO_2催化劑的比表面均有所減少，應(yīng)是燒結(jié)所致。而積炭的催化劑Ni／ZrO_2、Ni-Ru／ZrO_2的比表面有所增大，是所積的炭具有較大的比表面所致，Ru／ZrO_2催化劑對甲烷部分氧化具有較高的CO的選擇性能和優(yōu)異的抗積炭性能。 【關(guān)鍵詞】：膜反應(yīng)器 催化氧化 穩(wěn)定性 積炭
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(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3-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第一章 引言9-28
• 1.1 研究意義9-10
• 1.2 催化劑研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 甲烷部分氧化反應(yīng)機(jī)理的研究14-15
• 1.4 膜反應(yīng)器的研究15-18
• 1.5 YBCO的氧擴(kuò)散性能研究18-27
• 1.6 本論文研究內(nèi)容27-28
• 第二章 實驗方法28-34
• 2.1 催化劑的制備28
• 2.2 膜材料的制備28-29
• 2.3 高溫陶瓷膠的制備29-31
• 2.4 膜反應(yīng)器的設(shè)計31-32
• 2.5 膜反應(yīng)器中甲烷部分氧化制合成氣的性能評價32-33
• 2.6 材料性能的表征33-34
• 第三章 YBCO為透氧膜甲烷催化氧化制合成氣的研究34-50
• 3.1 YBCO膜反應(yīng)器的基本特性34-36
• 3.2 空速對 CH_4轉(zhuǎn)化率和 CO選擇性的影響36-39
• 3.3 進(jìn)料比對甲烷轉(zhuǎn)化率和 CO選擇性的影響39-40
• 3.4 YBCO在還原性氣氛下的穩(wěn)定性40-45
• 3.5 催化劑的穩(wěn)定性45-48
• 3.6 結(jié)論48-50
• 第四章 Ru、Ru-Ni催化劑甲烷部分氧化制合成氣的研究50-58
• 4.1 實驗部分51-52
• 4.1.1 膜材料的制備51
• 4.1.2 催化劑的制備51-52
• 4.1.3 催化劑的活性評價52
• 4.2 結(jié)果與討論52-58
• 4.2.1 催化劑的性能考察52-55
• 4.2.2 Ni-Ru/ZrO_2催化性能55-56
• 4.2.3 催化劑比表面數(shù)據(jù)的分析56
• 4.2.4 結(jié)論56-58
• 第五章 結(jié)論與展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-64
• 在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文64-65
• 致謝65

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