甲烷水蒸氣重整制合成氣新型催化劑的制備及性能研究

【摘要】： 甲烷水蒸氣重整反應(yīng)是傳統(tǒng)制取制富氫合成氣的重要途徑，隨著氫氣以及作為重要的碳一化學(xué)合成氣的需求量增加，甲烷水蒸氣重整越來越受到人們的關(guān)注。Ni基催化劑是對甲烷水蒸汽重整反應(yīng)具有優(yōu)良催化性能的催化體系之一，但催化劑的高溫穩(wěn)定性不是很好。如果將活性組分Ni組裝在介孔分子篩SBA-15的孔中，SBA-15較厚的孔壁就有可能阻止Ni的團(tuán)聚，從而提高催化劑的活性與穩(wěn)定性。 本文制備了Ni／SBA-15，Ni／Ce_(1-x)Zr_xO_2／SBA-15，Ni／SBA-15／Al_2O_3／FeCrAl和Ni／Ce_(1-x)Zr_xO_2／SBA-15／Al_2O_3／FeCrAl催化劑，并對甲烷水蒸氣重整制合成氣的性能進(jìn)行了評價；同時采用XRD、BET、TPR、TEM、SEM等分析手段對催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。 評價結(jié)果表明，對Ni／SBA-15催化劑，Ni含量為10wt．％時，催化劑的性能最好。10wt．％Ni／SB-15催化劑在800℃下具有極好的活性和穩(wěn)定性，反應(yīng)740 h后活性沒有明顯下降。對于Ni／Ce_(1-x)Zr_xO_2／SBA-15催化劑，在700-800℃的反應(yīng)條件下，催化劑對CH_4轉(zhuǎn)化率比Ni／SBA-15催化劑有提高。對于Ni／SBA-15／Al_2O_3／FeCrAl和Ni／Ce_(1-x)Zr_xO_2／SBA-15／Al_2O_3／FeCrAl金屬基整體式催化劑，在相同的反應(yīng)條件下，催化活性與Ni／SBA-15和Ni／Ce_(1-x)Zr_xO_2／SBA-15的基本相當(dāng)，并且可以在更大的空速下操作。 結(jié)構(gòu)研究表明，對于Ni／SBA-15催化劑，SBA-15的有序孔結(jié)構(gòu)依然存在，活性組分Ni被插入在了SBA-15的孔中。對于Ni／Ce_(1-x)Zr_xO_2／SBA-15催化劑，Ce_(1-x)Zr_xO_2對Ni組分具有較好的分散性能，同時可以改善催化劑的氧化-還原性能，提高了催化劑的活性。對于金屬基整體式催化劑，F(xiàn)eCrAl金屬基體預(yù)氧化后表面形成了α-Al_2O_3層，有利于過渡膠體和催化活性組分很好的涂覆在FeCrAl金屬基體表面。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 水蒸氣重整 Ni/SBA-15 金屬基整體式催化劑 合成氣
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TQ426.9
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-17
• 第一章 文獻(xiàn)綜述17-31
• 1.1 天然氣轉(zhuǎn)化和利用17
• 1.1.1 直接轉(zhuǎn)化法17
• 1.1.2 間接轉(zhuǎn)化17
• 1.2 甲烷催化轉(zhuǎn)化制合成氣17-19
• 1.2.1 甲烷部分氧化反應(yīng)17-18
• 1.2.2 甲烷-二氧化碳重整反應(yīng)18
• 1.2.3 甲烷水蒸氣重整反應(yīng)18-19
• 1.2.4 甲烷自熱催化重整反應(yīng)19
• 1.3 甲烷水蒸氣重整制合成氣19-29
• 1.3.1 甲烷水蒸氣重整催化劑研究19-24
• 1.3.2 甲烷水蒸氣反應(yīng)催化劑失活24-25
• 1.3.3 甲烷水蒸氣重整工藝25-26
• 1.3.4 甲烷水蒸氣重整機(jī)理和反應(yīng)動力學(xué)26-29
• 1.4 整體式結(jié)構(gòu)化催化劑29-30
• 1.4.1 整體式催化劑的結(jié)構(gòu)29
• 1.4.2 傳統(tǒng)的催化劑與整體式催化劑的比較29
• 1.4.3 整體式催化劑的載體29
• 1.4.4 金屬基整體式催化劑29-30
• 1.5 論文研究思路及內(nèi)容30-31
• 第二章 實驗部分31-43
• 2.1 實驗原料及設(shè)備31-32
• 2.1.1 實驗原料31-32
• 2.1.2 實驗設(shè)備32
• 2.2 氣相色譜校正因子的測定32-33
• 2.3 催化劑的制備33-36
• 2.3.1 分子篩的合成33-34
• 2.3.2 Ni/SBA-15催化劑的制備34
• 2.3.3 Ni/Ce_(1-x)Zr_xO_2/SBA-15催化劑的制備34
• 2.3.4 Ni/其它載體催化劑的制備34-35
• 2.3.5 金屬基結(jié)構(gòu)化催化劑的制備35-36
• 2.4 催化劑活性的評價36-37
• 2.4.1 催化劑活性評價流程圖36-37
• 2.5 數(shù)據(jù)處理方法37-41
• 2.6 催化劑的表征41-43
• 第三章 Ni/SBA-15催化劑的活性及結(jié)構(gòu)特征43-63
• 3.1 Ni/SiO_2催化劑的催化性能43-44
• 3.2 Ni/SBA-15催化劑的催化性能44-51
• 3.2.1 鎳含量對催化劑活性的影響44-47
• 3.2.2 空速對Ni/SBA-15催化劑活性的影響47-48
• 3.2.3 進(jìn)料的H_2O/CH_4對催化劑活性的影響48-50
• 3.2.4 Ni/SBA-15催化劑的穩(wěn)定性50-51
• 3.3 添加過渡金屬助劑對催化劑催化活性的影響51-52
• 3.4 不同載體對甲烷水蒸氣重整活性的影響52-54
• 3.5 催化劑的結(jié)構(gòu)表征54-56
• 3.5.1 Ni/SBA-15的XRD表征結(jié)果54-55
• 3.5.2 Ni/SBA-15的TPR表征結(jié)果55-56
• 3.6 催化劑反應(yīng)前后的結(jié)構(gòu)特征對比56-60
• 3.6.1 XRD結(jié)構(gòu)特征57
• 3.6.2 TEM表征結(jié)果57-58
• 3.6.3 孔結(jié)構(gòu)特征58-60
• 3.7 小結(jié)60-63
• 第四章 Ni/Ce_(1-x)Zr_xO_2/SBA-15催化劑的活性及結(jié)構(gòu)特征63-73
• 4.1 Ni/Ce_(1-x)Zr_xO_2/SBA-15催化劑的催化活性63-67
• 4.1.1 不同Ce含量Ni/CeO_2/SBA-15催化劑的催化活性63-65
• 4.1.2 不同Zr含量Ni/ZrO_2/SBA-15催化劑的催化活性65-66
• 4.1.3 不同Ce/Zr比Ni/Ce_(1-x)Zr_xO_2/SBA-15催化劑的催化活性66-67
• 4.2 催化劑的結(jié)構(gòu)表征67-72
• 4.2.1 不同Ce含量Ni/CeO_2/SBA-15催化劑的XRD表征結(jié)果67-68
• 4.2.2 不同Zr含量Ni/ZrO_2/SBA-15催化劑的XRD表征結(jié)果68-69
• 4.2.3 不同Ce/Zr比Ni/Ce_(1-x)Zr_xO_2/SBA-15催化劑的XRD表征結(jié)果69-71
• 4.2.4 Ni/Ce_(1-x)Zr_xO_2/SBA-15催化劑的TPR結(jié)果71-72
• 4.3 小結(jié)72-73
• 第五章 金屬基結(jié)構(gòu)化催化劑的活性及結(jié)構(gòu)特征73-87
• 5.1 Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化劑的催化性能73-77
• 5.1.1 鎳負(fù)載量與反應(yīng)性能的關(guān)系73-74
• 5.1.2 空速對反應(yīng)性能的影響74-75
• 5.1.3 H_2O/CH_4對催化性能的影響75-76
• 5.1.4 Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化劑的穩(wěn)定性76-77
• 5.2 Ni/Ce_(1-x)Zr_xO_2/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化劑的催化性能77-79
• 5.3 Ni/Ce_(1-x)Zr_xO_2/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化劑的穩(wěn)定性79-80
• 5.4 催化劑的結(jié)構(gòu)表征80-84
• 5.4.1 XRD結(jié)構(gòu)特征80-82
• 5.4.2 SEM表征結(jié)果82-83
• 5.4.3 TPR表征結(jié)果83-84
• 5.5 催化劑活性下降的初步分析84-85
• 5.6 小結(jié)85-87
• 第六章 結(jié)論與展望87-89
• 參考文獻(xiàn)89-95
• 致謝95-96
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文96-97
• 作者簡介97-98
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書98-99

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