铈基载氧体化学链甲烷重整反应特性研究

发布时间：2017-12-09 07:35

  本文关键词：铈基载氧体化学链甲烷重整反应特性研究

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【摘要】：本文在常压固定床上对铈基载氧体进行了较为系统的化学链甲烷重整反应性能评价,主要考察了CH_4的转化率和产物H_2、CO_2以及CO的选择性。通过热力学计算,SEM-EDS、XRD等表征以及动力学分析,探讨了铈基载氧体和甲烷反应的机理和制备工艺对铈基载氧体的影响。通过HSC热力学软件对不同价态的铁氧化物、铈氧化物在燃料反应器和空气反应器中相关反应进行热力学计算和平衡组成计算,考察载氧体在热力学上反应的可能性,以及分析进料比对碳氢物种的选择性影响,从理论上探索载氧体反应机理过程和最佳进料比,指导实际试验。首先,使用柠檬酸络合法在氧化铈中混入过渡金属形成复合载氧体Ce_4M_1O_δ(M=Mn、 Fe、Co、Ni、Cu),进行载氧体初步筛选,从合成气的选择性角度看,Ce_4Fe_1O_δ复合载氧体具有较好的甲烷部分氧化性能。为了进一步研究铈铁复合载氧体的反应过程,制备了不同铁含量的Ce_xFe_(10-x)O_δ(x=9,7,5)载氧体进行了850℃固定床甲烷反应性能评价,三种复合载氧体相较于CeO_2和Fe_2O_3,甲烷转化率显著提高,且具有较高的合成气选择性。三种复合载氧体的XRD、BET等表征结果显示,铈铁之间存在强烈的相互作用,改变了氧化铁的存在状态。基于固定床评价和表征结果,探讨了甲烷反应过程的机理,认为氧化铈表面Ce~(3+)和氧空穴上产生的高活性物种[C]a、H_2以及CO会加速本身反应性较强的无定型Fe_2O_3的还原,随之产生的Fe*又会催化甲烷裂解,是甲烷转化率迅速增加的主要原因。然后,我们通过控制焙烧温度、改变制备方法、氧化铝负载以及添加活性活性组分氧化镍,使用固定床考察了多元铈铁复合载氧体的反应性能,结果发现焙烧温度对载氧体性能影响不大；制备方法对载氧体性能影响较大；柠檬酸络合法制备的Fe_6Al_4无论从转化率还是选择性角度考察,反应活性最高,但需要对该Fe_6Al_4载氧体进行更加详细的分析和研究；将氧化镍掺杂至Ce_3Fe_3Al_4载氧体中,甲烷反应温度降低,提高了甲烷的反应活性。最后,利用热失重曲线和固定床恒温法分别计算得到载氧体Ce_7Fe_3O_δ的氢还原和甲烷转化动力学参数,这对后续载氧体研究提供了基础参考数据。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O621.25

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本文编号：1269573