合成氣制天然氣高效催化劑的制備及性能研究

【摘要】：天然氣是安全高效的緊缺資源,中國“煤多氣少”的能源格局使煤制天然氣迫在眉睫。煤制天然氣的關(guān)鍵步驟是合成氣制天然氣,而合成氣制天然氣的核心技術(shù)是催化劑。開發(fā)高效的甲烷化催化劑不僅有利于天然氣市場供需矛盾問題的解決,而且可以填補國內(nèi)煤制天然氣相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白。 論文采用葡萄糖絡(luò)合法制備了不同MgO含量、不同NiO負載量和不同助劑改性的催化劑,用尿素燃燒法制備了不同鎳負載量、不同工藝條件和添加不同助劑的催化劑,在固定床反應(yīng)器上評價了上述催化制的性能,利用XRD, BET和XPS對其進行了結(jié)構(gòu)表征,探討了各因素對催化劑結(jié)構(gòu)與性能的影響。 采用葡萄糖絡(luò)合法制備了MgO含量在8.1～16.1wt%范圍的催化劑11.2%NiO/MgAl2O4@Al2O3(BL),最佳的MgO含量為16.1%。鎳負載量在7.5～44.8%范圍時,催化劑都有較好的性能。當(dāng)w(NiO)為26.1%時,催化劑的結(jié)構(gòu)與性能幾乎到達最優(yōu)：最佳反應(yīng)溫度為230℃,CO轉(zhuǎn)化率和CH4選擇性分別為99.3%和97.1%。助劑La2O3, CoO, MnO均一定程度地提高了催化劑的性能，La2O3的作用最大。 尿索燃燒法制備的催化劑在w(NiO)為26.1%時,結(jié)構(gòu)與性能也達到最佳。在n(Urea):n(Ni)為3：1、燃燒溫度為450。C、燃燒時間為40min的工藝條件下制備的催化劑的物理織構(gòu)和性能較好。助劑La2O3, MgO,CoO, MnO, Fe2O3對催化劑的結(jié)構(gòu)與性能均有所改善,La203最為突出：CO在230℃時完全轉(zhuǎn)化,CH4選擇性達98.4%。催化劑26.1%NiO-2.6%La2O3/y-Al2O3連續(xù)評價1464h后仍然性能優(yōu)異。 CO中含5vo1%的CO2時,催化劑26.1%NiO/MgAl2O4@A-1在1076h的穩(wěn)定性測試中表現(xiàn)出良好的C02甲烷化性能。CO中含5ppm的H2S時,催化劑26.1%NiO/MgAl2O4@A-2經(jīng)歷了600h的穩(wěn)定性測試,在520h時失活。XRD表征發(fā)現(xiàn)催化劑表面生成了積碳,XPS表征進一步證明了大量積碳的存在,同時發(fā)現(xiàn)了少量的硫,這些都可能造成了催化劑的失活。 【關(guān)鍵詞】：催化劑 天然氣 甲烷化 尿素燃燒法 葡萄糖絡(luò)合法
【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】：2014
【分類號】：TE624.9
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 文獻綜述17-31
• 1.1 引言17-18
• 1.2 合成氣制天然氣的反應(yīng)18-22
• 1.2.1 反應(yīng)過程18-19
• 1.2.2 反應(yīng)機理19-20
• 1.2.3 反應(yīng)熱力學(xué)20-22
• 1.3 合成氣制天然氣催化劑22-25
• 1.3.1 活性組分23
• 1.3.2 載體23-24
• 1.3.3 助劑24-25
• 1.4 固體催化劑的制備方法25-28
• 1.4.1 機械混合法26
• 1.4.2 浸漬法26
• 1.4.3 沉淀法26
• 1.4.4 溶膠-凝膠法26-27
• 1.4.5 離子交換法27
• 1.4.6 浸溶法27
• 1.4.7 熱熔融法27
• 1.4.8 燃燒法27-28
• 1.4.9 絡(luò)合法28
• 1.5 負載型催化劑的制備工藝28-30
• 1.5.1 活性組分的負載量28-29
• 1.5.2 干燥過程29
• 1.5.3 焙燒溫度29
• 1.5.4 焙燒時間29-30
• 1.6 主要研究目的及內(nèi)容30-31
• 1.6.1 主要研究目的30
• 1.6.2 主要研究內(nèi)容30-31
• 第二章 實驗內(nèi)容31-41
• 2.1 主要實驗設(shè)備及試劑31-32
• 2.1.1 主要實驗設(shè)備31
• 2.1.2 主要實驗試劑31-32
• 2.2 葡萄糖絡(luò)合法制備催化劑32-34
• 2.2.1 不同MgO含量的復(fù)合結(jié)構(gòu)載體MgAl_2O_4@Al_2O_332-33
• 2.2.2 不同鎳負載量的催化劑NiO/MgAl_2O_4@Al_2O_3(BL)33-34
• 2.2.3 不同助劑改性的催化劑NiO/M_xO_y/MgAl_2O_4@Al_2O_3(BL)34
• 2.3 尿素燃燒法制備催化劑34-37
• 2.3.1 不同鎳負載量的催化劑NiO/γ-Al_2O_334-35
• 2.3.2 不同工藝制備的催化劑NiO/γ-Al_2O_335-36
• 2.3.3 不同助劑改性的催化劑NiO-M_xO_y/γ-Al_2O_336-37
• 2.4 催化劑的性能評價37-39
• 2.4.1 流程與裝置37
• 2.4.2 氣體檢測與分析37-39
• 2.4.3 催化劑的性能評價指標39
• 2.5 催化劑的表征39-41
• 2.5.1 X射線衍射39-40
• 2.5.2 N_2物理吸脫附40
• 2.5.3 X射線光電子能譜40-41
• 第三章 葡萄糖絡(luò)合法制備的甲烷化催化劑的結(jié)構(gòu)與性能41-53
• 3.1 引言41
• 3.2 復(fù)合結(jié)構(gòu)載體MgAl_2O_4@Al_2O_341-43
• 3.2.1 復(fù)合載體MgAl_20_4@Al_20_3(AL)的結(jié)構(gòu)41-42
• 3.2.2 復(fù)合載體MgAl_20_4@Al_20_3(BL)的結(jié)構(gòu)42-43
• 3.3 催化劑NiO/MgAl_2O_4@Al_2O_3 (BL)的結(jié)構(gòu)與性能43-45
• 3.3.1 不同MgO含量的催化劑的結(jié)構(gòu)44-45
• 3.3.2 不同MgO含量的催化劑的性能45
• 3.4 鎳負載量對催化劑結(jié)構(gòu)與性能的影響45-48
• 3.4.1 不同鎳負載量的催化劑的結(jié)構(gòu)46-47
• 3.4.2 不同鎳負載量的催化劑的性能47-48
• 3.5 助劑對催化劑結(jié)構(gòu)與性能的影響48-50
• 3.5.1 添加不同助劑的催化劑的結(jié)構(gòu)48-50
• 3.5.2 添加不同助劑的催化劑的性能50
• 3.6 本章小結(jié)50-53
• 第四章 尿素燃燒法制備的甲烷化催化劑的結(jié)構(gòu)與性能53-77
• 4.1 引言53
• 4.2 鎳負載量對催化劑NiO/γ-Al_20_3結(jié)構(gòu)與性能的影響53-58
• 4.2.1 不同鎳負載量的催化劑的結(jié)構(gòu)54-57
• 4.2.2 不同鎳負載量的催化劑的性能57-58
• 4.3 n(Urea):n(NiO)對催化劑結(jié)構(gòu)與性能的影響58-61
• 4.3.1 不同n(Urea)：n(NiO)制備的催化劑的結(jié)構(gòu)58-61
• 4.3.2 不同n(Urea)：n(NiO)制備的催化劑的性能61
• 4.4 燃燒溫度對催化劑結(jié)構(gòu)與性能的影響61-65
• 4.4.1 不同燃燒溫度制備的催化劑的結(jié)構(gòu)61-64
• 4.4.2 不同燃燒溫度制備的催化劑的性能64-65
• 4.5 燃燒時間對催化劑結(jié)構(gòu)與性能的影響65-69
• 4.5.1 不同燃燒時間制備的催化劑的結(jié)構(gòu)65-68
• 4.5.2 不同燃燒時間制備的催化劑的性能68-69
• 4.6 助劑對催化劑結(jié)構(gòu)與性能的影響69-73
• 4.6.1 添加不同助劑的催化劑的結(jié)構(gòu)69-72
• 4.6.2 添加不同助劑的催化劑的性能72-73
• 4.7 催化劑26.1%NiO-2.6%La_2O_3/γ-Al_2O_3的穩(wěn)定性測試73-75
• 4.7.1 測試前后催化劑的結(jié)構(gòu)73
• 4.7.2 催化劑的穩(wěn)定性測試73-75
• 4.8 本章小結(jié)75-77
• 第五章 原料氣中的CO_2和H_2S對催化劑性能的影響77-87
• 5.1 引言77
• 5.2 原料氣中的CO_2對催化劑穩(wěn)定性的影響77-78
• 5.3 原料氣中的H_2S對催化劑穩(wěn)定性的影響78-86
• 5.3.1 催化劑的穩(wěn)定性測試78-79
• 5.3.2 測試前后催化劑的結(jié)構(gòu)79-86
• 5.4 本章小結(jié)86-87
• 第六章 結(jié)論與展望87-91
• 6.1 結(jié)論87-89
• 6.2 展望89-91
• 參考文獻91-99
• 致謝99-101
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文101-103
• 作者及導(dǎo)師簡介103-105
• 碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書105-106

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