煤焦在甲烷裂解制氢工艺中的应用

发布时间：2023-12-24 18:09

　　催化甲烷裂解是一种较为清洁的制氢工艺,产物为易于分离的气固两相、无CO_x产生、过程简单,而且固体产物碳具有潜在的经济价值,在一定程度上可以降低甲烷裂解制氢的成本。过渡金属和炭材料都可作为甲烷裂解的催化剂,其中炭材料催化剂具有较大的优势,受到了广泛的关注。而煤焦可视为一种廉价的炭材料,基于陕北地区煤焦(当地称为兰炭)产能过剩的现状,本文以煤焦和K₂CO₃为原料制备的复合催化剂应用于甲烷裂解反应,一方面促进煤焦活化形成多孔炭,另一方面有助于实现甲烷定向裂解联产氢气和碳纤维。本文首先考察了操作条件(如反应温度、反应空速)对于甲烷转化的影响,获得了较优的反应条件(反应温度为850℃、甲烷空速900为mL/(h·g_CC))。研究发现:该过程可实现联产富氢气体和碳纤维的优异效果;反应过程中,在较高温度下,K₂CO₃活性氧原子的转移可促进碳纤维的形成和生长;进料气的空速也对甲烷裂解生成的碳纤维形态具有较显著的影响,例如随着进料气空速增大,所得的碳纤维的长径比变小、成短粗...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
引言
第一章 绪论
    1.1 天然气制氢技术
        1.1.1 天然气资源概述
        1.1.2 甲烷水蒸气重整
        1.1.3 甲烷二氧化碳重整
        1.1.4 甲烷部分氧化
        1.1.5 甲烷裂解
    1.2 炭材料催化甲烷裂解
        1.2.1 炭材料的常见制备工艺与技术
        1.2.2 炭材料作催化剂
        1.2.3 炭材料作催化剂的载体
    1.3 煤焦的研究现状
        1.3.1 煤焦的产生
        1.3.2 煤焦的性质
        1.3.3 煤焦的应用
    1.4 本文研究目的与内容
第二章 实验部分
    2.1 主要原料试剂以及设备
    2.2 催化剂制备方法
    2.3 催化甲烷裂解过程
第三章 煤焦/K₂CO₃催化甲烷裂解
    3.1 反应条件的影响
        3.1.1 反应温度
        3.1.2 反应气体空速
    3.2 考察K₂CO₃的作用
        3.2.1 对煤焦的影响
        3.2.2 对甲烷转化率的影响
        3.2.3 对积碳形貌的影响
    3.3 本章小结
第四章 催化甲烷裂解过程中引入CO₂作为进料
    4.1 CH₄/CO₂的影响
    4.2 定性与定量分析
    4.3 K₂CO₃与煤焦的协同作用
    4.4 本章小结
第五章 煤焦负载金属Ni-K复合催化剂催化甲烷裂解
    5.1 煤焦与几种传统载体负载Ni型催化剂性能比较
    5.2 煤焦负载Ni-K复合催化剂
        5.2.1 样品制备
        5.2.2 催化甲烷裂解反应
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：3875039