甲烷裂解制氢催化剂的制备及其性能与模拟研究

发布时间：2017-08-26 19:41

  本文关键词：甲烷裂解制氢催化剂的制备及其性能与模拟研究

  更多相关文章： 甲烷 65%Ni-10%Cu-25%SiO_2 ASPENPLUS 蒸汽重整 积碳 Fe_2O_3

【摘要】：随着石油资源的日益枯竭以及温室效应、环境污染等问题的日益加剧,以氢气为代表的清洁能源的研究和开发得到重视。除天然气中含有大量甲烷外,海底蕴藏着大量可燃冰,以及生物质生产的沼气中也含有大量甲烷,因此以甲烷为原料制备氢气前景可观。本文在文献查阅的基础上,对镍基催化裂解甲烷制氢催化剂的制备及其改性进行了研究,以期解决目前甲烷催化裂解技术中积碳引起催化剂失活的问题,保持催化剂的活性,寻求长效的甲烷催化裂解制氢的方法。为此,论文在课题组前期研究工作的基础上,选择研究了不同的催化剂在不同条件下对甲烷裂解制氢效果以及催化剂上积碳的影响,具体开展了如下几方面的工作：(1)在固定床反应器里,研究了甲烷在不同催化剂即：活性炭、浸渍法制备Ni基活性炭(Ni-load)、溶胶凝胶法制备Ni基催化剂65%Ni-10%Cu-25%SiO2(Ni-gel)上的催化裂解。分别研究了温度、物料比、Ni-gel催化剂与活性炭混合比等对催化剂催化甲烷裂解制氢性能的影响。实验结果表明：Ni-load催化剂,在温度为650℃时,短期内能获得较高甲烷转化率,最高可以达到78.46%,但催化剂会迅速失活；Ni-gel催化剂具有更高的反应活性和良好的持续性,可以将甲烷转化率提升至88.74%,但是该催化剂烧结严重。通过研究我们发现将Ni-gel催化剂与活性炭按一定比例混合有利于提高催化剂的分散性,缓解催化剂烧结现象,并加速反应的还原速率。(2)使用软件ASPEN PLUS来模拟甲烷重整,分别研究了温度、压强和水碳比对甲烷、氢气、一氧化碳和二氧化碳体积分数的影响,为实际生产中的甲烷水蒸气催化重整提供理论及数据参考。我们通过模拟得到的结果表明：在甲烷水蒸气重整模拟中,提高温度有利于甲烷的转化,但压力的增加不利于反应向正方向进行,最佳反应温度为1100℃,最佳压强为常压；随着水碳比的增大,氢气和二氧化碳的体积分数增大,甲烷和一氧化碳的体积分数降低。(3)为了实现提高甲烷的裂解率以及消除积碳的目标,在上述研究的基础上,向Ni-gel催化剂中掺入Fe203以及向反应体系中通入水蒸气,并通过调节水蒸气的加入量来寻求最佳水碳比。在此基础上,与目前工业甲烷裂解制氢催化剂进行了对比。实验结果显示：Ni-gel/Fe2O3催化剂催化裂解甲烷率为98.88%,积碳率达到最小值0.11(Wt/%),工业用催化剂Z118-4Y在实验室条件下并没有表现出对甲烷催化裂解的良好活性,裂解率仅为53.65%。
【关键词】：甲烷 65%Ni-10%Cu-25%SiO_2 ASPENPLUS 蒸汽重整 积碳 Fe_2O_3
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 甲烷制氢研究的意义11-12
• 1.3 甲烷制氢技术研究现状12-14
• 1.3.1 甲烷水蒸气重整12
• 1.3.2 甲烷部分氧化12-13
• 1.3.3 甲烷二氧化碳重整13
• 1.3.4 甲烷自热重整13-14
• 1.4 催化剂在甲烷裂解中的研究进展14-17
• 1.4.1 催化剂活性金属的选择16-17
• 1.4.2 催化剂载体的选择17
• 1.5 甲烷在催化剂上裂解机理17-18
• 1.6 甲烷催化裂解中催化剂积碳失活问题18-20
• 1.7 本文的立题思想及内容简介20-21
• 第2章 甲烷在活性炭等催化剂上的催化裂解21-32
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验部分22-25
• 2.2.1 实验装置22-23
• 2.2.2 实验仪器与药品23
• 2.2.3 催化剂的制备23-24
• 2.2.4 实验流程24
• 2.2.5 分析方法24-25
• 2.3 实验结果与讨论25-30
• 2.3.1 N_2、CH_4物料比对反应的影响25-26
• 2.3.2 反应温度对Ni-load催化剂影响26-27
• 2.3.3 Ni基催化剂性能改进27-28
• 2.3.4 Ni-gel催化剂的XRD分析28
• 2.3.5 Ni-gel催化剂的SEM分析28-29
• 2.3.6 对Ni-gel催化剂还原时间的优化29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 甲烷蒸汽重整制备氢气的模拟研究32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 甲烷蒸汽重整制氢工艺流程32-33
• 3.3 甲烷蒸汽重整模拟过程33-34
• 3.4 结果与讨论34-38
• 3.4.1 反应温度对蒸汽重整结果的影响34
• 3.4.2 反应压强对蒸汽重整结果的影响34-35
• 3.4.3 不同S/C对重整结果的影响35-36
• 3.4.4 温度和S/C对蒸汽重整结果的影响36-38
• 3.5 结论38-39
• 第4章 甲烷的催化重整制氢的研究39-47
• 4.1 引言39-41
• 4.2 实验部分41-42
• 4.2.1 催化剂的制备41
• 4.2.2 实验的装置41
• 4.2.3 实验的材料和仪器41
• 4.2.4 实验流程41-42
• 4.2.5 实验分析方法42
• 4.3 实验结果与讨论42-46
• 4.3.1 甲烷在混合催化剂上的催化裂解42-43
• 4.3.2 通过调节水碳比消除混合催化剂上的积碳43-44
• 4.3.3 Ni-gel/Fe_2O_3催化剂的XRD分析44
• 4.3.4 催化剂SEM测试分析44-45
• 4.3.5 甲烷在催化剂Z118-4Y上的催化裂解45-46
• 4.4 结论46-47
• 第5章 全文总结47-48
• 参考文献48-54
• 攻读学位期间发表的学术论文54-55
• 致谢55

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱昌厚;;高温变换催化剂床层的反吹[J];天然气化工(C1化学与化工);1982年01期

2 彭明华;催化剂工程在硫酸生产中所起的作用[J];硫酸工业;1978年S1期

3 罗家立;;车轮状烃类蒸汽转化催化剂的评述[J];化肥工业;1982年06期

4 郭汉贤;;论化肥催化剂的硫中毒[J];化肥工业;1983年05期

5 杨彦伟,吴全贵,王赞峰,武法咏;低变催化剂的非氧化卸出方法[J];化肥设计;2000年06期

6 孙永胜;低变催化剂还原流程的改造[J];大氮肥;2000年03期

7 纵秋云;中压耐硫变换工艺及催化剂的使用现状[J];齐鲁石油化工;2001年01期

8 吴崎;高温变换催化剂使用状况分析及更换方案探讨[J];大氮肥;2002年05期

9 汪忠明;监控再生操作 降低催化剂跑损[J];安徽化工;2003年03期

10 万兵;变换催化剂的使用和评价[J];小氮肥;2003年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 周新娣;卢福明;;Z-503预转化催化剂的工业应用[A];炼厂制氢、废氢回收与氢气管理学术交流会论文集[C];2008年

2 吕洪浩;曹昭君;刘阿萍;;使用钴钼系催化剂过程中的注意事项[A];第五届全国工业催化技术与应用年会论文集（下册）[C];2008年

3 王建国;;钴钼耐硫变换催化剂的装填及硫化[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年

4 胡召芳;陈荔;刘应杰;刘华伟;李木林;胡典明;王先厚;孔渝华;;CTO-1脱氧催化剂的工业应用[A];第六届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2009年

5 阎富山;罗继刚;;预载活性组分汽油脱臭催化剂床层压降增大和活性下降原因分析及对策[A];第1届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2004年

6 王元琪;梁长君;高慧东;;DZG-10催化剂的首次工业应用[A];第2届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2005年

7 艾中秋;;RN-10B催化剂在沧州分公司加氢精制装置上的应用[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年

8 杜霞茹;李锋;付桂芝;肖菲;束庆宇;刘振峰;;低温SCR脱除NOx催化剂的开发[A];第十届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2013年

9 杜彩霞;;制氢原料加氢净化催化剂使用技术[A];第2届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2005年

10 江展昌;范涌泉;范钦红;;JB-1新型耐硫变换催化剂的中试与工业应用[A];第2届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 李杰;烃类原料蒸汽转化制氢系列催化剂及技术成功[N];科技日报;2006年

2 王永军　白志敏;从春到夏的坚守与突破[N];中国石化报;2011年

3 原化学工业部副总工程师 中国氮肥工业协会原理事长 王文善;催化剂，，CO变换工艺的灵魂[N];中国化工报;2014年

4 ;节能型全径向串塔新工艺的五大特性[N];中国化工报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 蒋坚;基于微纤维结构化的F-T合成蜡油氢解催化剂制备、结构及性能研究[D];华东理工大学;2016年

2 钟光祥;人工神经网络辅助设计六氟丙烯氢氟化催化剂[D];浙江大学;1999年

3 彭悦;选择性催化还原氮氧化物铈基催化剂的研究[D];吉林大学;2012年

4 吴慧雄;二氧化硫催化氧化反应器流向变换强制周期操作的模型化[D];北京化工大学;1995年

5 孙昱东;原料组成对渣油加氢转化性能及催化剂性质的影响[D];华东理工大学;2011年

6 李俊峰;氧化铈基催化剂的制备及催化氧化性能的研究[D];华东理工大学;2012年

7 武新颖;丙烯氨氧化合成丙烯腈催化剂氧化/还原行为研究[D];北京化工大学;2009年

8 李文泽;碳一化学品转化反应及催化剂的研究[D];东北大学;2011年

9 王丽霞;过渡金属基催化剂在乙醇合成乙酸乙酯反应中催化性能的研究[D];吉林大学;2010年

10 李菁;掺杂六铝酸盐催化剂上甲烷二氧化碳重整反应研究[D];吉林大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张莎;Ni-Mo型润滑油加氢处理催化剂研究[D];中国石油大学(华东);2014年

2 洪国泰;乙炔氢氯化金催化剂开发及应用研究[D];浙江大学;2016年

3 窦华中;液相烷基化及烷基转移催化剂长周期运行的研究[D];兰州大学;2013年

4 王超;乙酸乙酯加氢制乙醇催化剂的研究[D];华东理工大学;2016年

5 沈叶婷;薄壁多通孔甲烷化催化剂反应工程基础研究[D];华东理工大学;2016年

6 宛政;Ni泡沫结构化催化剂的传热性能及其用于甲烷化反应的研究[D];华东理工大学;2016年

7 周继鹏;异形催化剂上乙烯催化氧化的反应工程计算及多尺度模拟[D];华东理工大学;2016年

8 韩铮;原位热解制备氮掺杂碳负载的钼基催化剂及其加氢脱氧反应研究[D];中国科学技术大学;2016年

9 李佩佩;用于丙烷脱氢反应的铬催化剂的制备及其改性研究[D];上海师范大学;2016年

10 彭乔;甲烷裂解制氢催化剂的制备及其性能与模拟研究[D];华中师范大学;2016年

本文编号：742596