活性炭负载镍催化剂的制备及催化甲苯水蒸气重整研究

发布时间：2017-10-27 13:15

  本文关键词：活性炭负载镍催化剂的制备及催化甲苯水蒸气重整研究

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【摘要】：焦油是生物质气化技术工业化中亟需解决的主要问题之一。催化裂解法不仅可以在较温和的条件下有效脱除焦油,还可以增加产气热值。其中,镍基催化剂对焦油的催化重整有较大的促进作用。镍基催化剂作为主催化剂时易因积碳、烧结和形态改变发生快速失活,但其在下游反应器中作为二级催化剂时,可以有效降低其钝化失活作用。为了降低生物质气化焦油的催化裂解温度,延长催化剂寿命,本文以活性炭为载体,同时选用廉价的铜铁助剂提高镍基催化剂的活性、抗积碳性和稳定性。通过浸渍法制备活性炭负载镍(Ni/AC)催化剂,以甲苯为焦油模型化合物,在固定床反应器上评价了Ni/AC催化甲苯水蒸气重整的性能。应用N2物理吸附、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等分析了催化剂的物化特性。通过改变单金属镍基催化剂的镍负载量(8-15wt%)、焙烧温度(600-800℃)和反应温度(500-700℃),研究不同活性炭催化剂对甲苯的催化转化活性,并与传统的氧化铝和橄榄石催化剂进行对比。结果表明:以10wt%镍负载量和600℃焙烧温度制得的Ni/AC催化剂在600℃的低温下对甲苯具有较好的催化活性,甲苯的碳转化率达到99.7%。Ni/AC催化剂较好的催化活性可能是由于活性炭载体较大的比表面积和孔结构,使得镍颗粒活性组分在载体表明有较好的分散性。通过XRD和TPR表征还发现,焙烧后的炭催化剂以单质镍形式分布在活性炭表面,减少了反应前氢气的使用,节省成本。通过改变铜/镍摩尔比(0.05-0.7)制备不同的镍铜双金属催化剂研究其对甲苯的低温催化重整特性。结果发现,随着铜/镍比的增加,镍铜双金属催化剂对甲苯的碳转化率先增大后降低,低铜/镍摩尔比(0.08-0.2)的双金属催化剂对甲苯的催化裂解活性较好,且最佳铜/镍比为0.2,其最大碳转化率为89.8%。根据铜/镍摩尔比对甲苯催化裂解活性的影响,制得低铁/镍摩尔比(0.08-0.2)双金属催化剂,并研究其对甲苯的催化裂解特性。结果表明,0.1-Fe/Ni双金属催化剂的活性较好,其最大碳转化率为99.1%。通过对双金属催化剂表征发现,0.2-Cu/Ni和0.1-Fe/Ni双金属催化剂的活性组分分散较好,且形成镍铜合金和镍铁合金分散在炭载体上。通过测试600-10%Ni/AC和0.1-Fe/Ni双金属催化剂在20 h内的活性及稳定性发现,在600-10%Ni/AC单金属催化剂上反应时,甲苯转化率波动范围在82.8%到99.7%,其平均碳转化率为92.9%;而在0.1-Fe/Ni双金属催化剂上反应时,甲苯转化率在83.1%到99.8%的范围内波动,平均碳转化率高达93.8%。通过TEM表征发现,单金属催化剂的金属平均颗粒尺寸约为30.0 nm,而镍铁双金属催化剂的金属平均颗粒尺寸约为19.0 nm。因此铁助剂可以有效的阻止镍微粒的团聚烧结。根据两种催化剂反应前后重量变化可知,单金属催化剂反应后的积碳质量为0.67g,而双金属催化剂反应后的质量只有0.38 g,因此0.1-Fe-Ni/AC双金属催化剂具有较好抗积碳性。
【关键词】：生物质气化 低温重整 甲苯 活性炭载体 镍基催化剂 铜/铁助剂
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 1 引言16-30
• 1.1 研究背景16
• 1.2 生物质焦油16-18
• 1.3 生物质焦油脱除催化剂18-26
• 1.4 焦油催化反应机理26-27
• 1.5 焦油模型化合物的选择27-28
• 1.6 本文研究内容与意义28-30
• 2 实验部分30-36
• 2.1 实验原料与试剂30
• 2.2 镍基催化剂的制备30-32
• 2.3 催化剂的评价试验32-33
• 2.4 催化剂的表征33-34
• 2.5 计算方法34-36
• 3 单金属镍基催化剂的表征及其性能评价36-49
• 3.1 反应前单金属镍基催化剂的表征36-40
• 3.2 Ni/AC催化剂对甲苯水蒸气重整的催化特性40-45
• 3.3 反应后催化剂的表征45-48
• 3.4 本章结论48-49
• 4 双金属镍基催化剂的表征及其性能评价49-69
• 4.1 Ni-Cu/AC双金属催化剂49-58
• 4.2 Ni-Fe/AC双金属催化剂58-64
• 4.3 催化剂的寿命测试64-67
• 4.4 本章小结67-69
• 5 研究结论与展望69-71
• 5.1 本文结论69-70
• 5.2 本文展望70-71
• 参考文献71-79
• 作者简历79-81
• 学位论文数据集81

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本文编号：1103637