加壓條件下甲烷、空氣和水蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣的研究

【摘要】： 甲烷部分氧化（POM）制合成氣是目前天然氣綜合利用的有效途徑之一。 與傳統(tǒng)的水蒸汽重整法相比，該法具有反應速度快，能耗低，設備投資小及生 產(chǎn)的合成氣中H_2/CO比接近于2等優(yōu)點而備受人們的關(guān)注。鑒于目前有關(guān)甲烷 部分氧化制合成氣的研究大部分是在常壓下進行，而工業(yè)上很多由合成氣制下 游產(chǎn)品的后續(xù)過程通常都在較高壓力下操作，本論文在前人研究工作的基礎(chǔ)上， 重點開展了加壓條件下甲烷部分氧化制合成氣的研究。 由于加壓條件下甲烷純氧反應體系存在易爆炸、催化劑表面易積碳及床層 熱點突出等不利因素，本文采用甲烷、空氣和水反應體系，研究了Ni催化劑的 催化性能，得出8wt％Ni催化劑具有最佳催化活性，并在此基礎(chǔ)上考察了各類 助劑對催化性能的影響，其中以添加2％La_2O_3的Ni-La催化劑性能最佳。使用 8小時后的催化劑基本無積碳，也沒有明顯的Ni流失現(xiàn)象。對床層溫度分布的 研究表明，在甲烷、空氣和水體系中，Ni基催化劑床層已不存在明顯的熱點， POM主反應區(qū)位于床層的上段，而床層下段形成一溫度變化很小的高溫區(qū)。 鑒于目前甲烷部分氧化反應引發(fā)過程以及反應引發(fā)前后Ni的價態(tài)變化很少 有人研究的情況，我們通過MS-TPSR技術(shù)研究了Ni催化劑上POM反應的引 發(fā)過程和反應引發(fā)前后Ni的價態(tài)變化以及助劑La的添加對Ni催化劑引發(fā)行為 的影響。 【關(guān)鍵詞】：甲烷部分氧化 合成氣 Ni催化劑 引發(fā)過程
【學位授予單位】：中國科學院大連化學物理研究所
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2001
【分類號】：TE665.3
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 第一章 緒論8-26
• 1．1 甲烷催化部分氧化制合成氣的研究意義8-11
• 1．2 甲烷部分氧化反應主要催化劑體系及其反應性能11-16
• 1．2．1 貴金屬催化劑11-12
• 1．2．2 非貴金屬催化劑12-16
• 1．2．3 其它催化劑16
• 1．3 甲烷部分氧化宏觀反應動力學和反應機理16-20
• 1．3．1 宏觀反應動力學16-17
• 1．3．2 反應機理17
• 1．3．2．1 燃燒重整機理17-18
• 1．3．2．2 直接氧化機理18-20
• 1．4 甲烷部分氧化反應尚存在的主要問題20-24
• 1．4．1 活性組分Ni的流失20-21
• 1．4．2 催化劑積碳21-23
• 1．4．3 催化劑床層的熱點問題23
• 1．4．4 氧氣的供應問題23-24
• 1．5 論文的研究內(nèi)容和目的24-26
• 1．5．1 加壓條件下甲烷、空氣和水蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣催化劑研究24-25
• 1．5．2 POM反應引發(fā)過程的研究25-26
• 第二章 實驗26-30
• 2．1 催化劑制備26
• 2．2 催化劑活性評價26
• 2．3 催化劑床層溫度分布的測定26
• 2．4 催化劑積碳和消碳性能評價26-28
• 2．5 催化劑表征28-30
• 2．5．1 程序升溫還原28
• 2．5．2 X射線衍射28-29
• 2．5．3 熱重分析29
• 2．5．4 Ni含量測定29
• 2．5．5 程序升溫表面反應技術(shù)29
• 2．5．6 催化劑比表面積測定29-30
• 第三章 加壓條件下甲烷、空氣和水蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣催化劑研究30-57
• 3．1 引言30-31
• 3．2 甲烷、空氣和水體系Ni催化劑的催化性能31-34
• 3．2．1 鎳含量對催化性能的影響31-32
• 3．2．2 催化劑表面NiO的分布32-33
• 小結(jié)33-34
• 3．3 Ni催化劑的助劑研究34-40
• 3．3．1 助劑對催化性能及還原性能的影響34-36
• 3．3．2 La_2O_3添加量對催化性能及還原性能的影響36-38
• 3．3．3 助劑La對Ni催化劑反應穩(wěn)定性的影響38-39
• 小結(jié)39-40
• 3．4 甲烷、空氣和水體系Ni-La催化劑的催化性能40-46
• 3．4．1 溫度對催化性能的影響40-41
• 3．4．2 壓力對催化性能的影響41
• 3．4．3 H_2O/CH_4比對催化性能的影響41-42
• 3．4．4 CH_4/O_2比對催化性能的影響42-43
• 3．4．5 空速對催化性能的影響43-44
• 小結(jié)44-46
• 3．5 甲烷、空氣和水反應體系床層溫度分布的研究46-53
• 3．5．1 不同出口溫度下的床層溫度分布46-47
• 3．5．2 不同壓力下的床層溫度分布47-48
• 3．5．3 不同H_2O/CH_4比下的床層溫度分布48-50
• 3．5．4 不同CH_4/O_2比下的床層溫度分布50-51
• 3．5．5 不同空速下的床層溫度分布51-52
• 小結(jié)52-53
• 3．6 Ni基催化劑積碳和消碳性能研究53-57
• 3．6．1 不同鎳含量催化劑積碳和消碳性能比較53-55
• 3．6．2 助劑對Ni催化劑積碳和消碳性能的影響55-56
• 小結(jié)56-57
• 第四章 Ni基催化劑上POM反應引發(fā)過程的研究57-67
• 4．1 引言57-58
• 4．2 Ni催化劑上的CH_4-TPSR研究及La的添加效應58-62
• 4．2．1 NiO和Ni~0催化劑上的CH_4-TPSR58-60
• 4．2．2 NiO-La和Ni~0-La催化劑上的CH_4-TPSR60-62
• 4．3 Ni催化劑上的CH_4/O_2-TPSR研究及La的添加效應62-67
• 4．3．1 NiO和Ni~0催化劑上的CH_4/O_2-TPSR62-64
• 4．3．2 NiO-La和Ni~0-La催化劑上的CH_4/O_2-TPSR64-66
• 小結(jié)66-67
• 第五章 結(jié)論67-69
• 參考文獻69-76
• 發(fā)表文章目錄76-77
• 致謝77

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