甲烷化学链制合成气氧载体的研究
发布时间：2020-11-17 16:24
甲烷化学链技术通过氧载体的循环与氧传递,能够将传统的气体共进料CH_4-CO_2重整或CH_4-O_2部分氧化解耦为在不同时间或不同空间进行的两个子反应,极大地有利于反应过程的调控:以氧载体中的晶格氧代替气相氧与CH_4反应,可直接获得氢碳比为2的合成气,且可以避免昂贵的纯氧的使用,当以CO_2为氧化剂时还可兼得CO。本论文主要从甲烷化学链反应过程的调控和氧载体的优化设计两方面展开研究,具体工作如下:ⅰ)采用两步法制备了BaFe_3Al_9O_(19)六铝酸盐氧载体,通过改变O_2再生时间调变其在甲烷化学链部分氧化(简称CLPOx)制合成气反应过程中的活性和循环稳定性。结果表明反应温度为900℃时,随O_2再生时间的缩短(15→4.2min),CH_4的转化率和CO的选择性明显增加;当再生时间为4.2min时,CH_4的转化率为88%,CO的选择性为88%,没有明显的积碳。通过系列表征揭示了缩短再生周期对性能提高的原因:(1)用于活化甲烷完全氧化的Al(1)、Al(2)和Al(3)位点中Fe~(3+)(Fe~1、Fe~2和Fe~3)减少;(2)用于甲烷部分氧化反应的Fe~(2+)还原成Fe~0的增加;(3)较短再生时间(5和4.2min)时产生的表面未被氧化的Fe~0能够作为反应初期CH_4和CO_2干重整的催化剂,进而提高了CO选择性。ⅱ)采用碳酸铵共沉淀法制备了不同担载量的xwt%Pt/CeO_2(x=0,0.1,0.5,1,1.5)氧载体,探究其用于甲烷化学链干重整(简称CL-POM-CO_2)制合成气反应过程中的活性和循环稳定性。结果表明反应温度为700℃时,随着Pt含量的增加(0→0.5),CH_4的转化率和合成气的选择性明显增加,继续增加Pt的含量(0.5→1.5),其性能差异不大。当Pt质量分数为0.5%时,性能最优,CH_4的转化率为77%,CO的选择性为96%,氢碳比为2,合成气的产量为4.24mmol/g,CO_2的转化率为97%。通过系列表征揭示了性能和结构的构效关系:贵金属Pt以Pt~0状态的存在,并未改变铈基氧载体的结构,但使其氧空位发生了显著变化,进而促进了铈基氧载体的低温氧化还原活性,而当Pt位点暴露过多时,反应过程因部分Pt颗粒烧结导致性能差异不大。ⅲ)采用碳酸铵共沉淀法制备了0.5wt%Ni/CeO_2氧载体,采用湿法浸渍制备了8.8wt%Ni/CeO_2氧载体,将其与0.5wt%Pt/CeO_2氧载体在CL-POM-CO_2制合成气中进行了低温稳定性的对比。结果表明反应温度为700℃时,Pt、Ni都有利于甲烷的活化作用,但是Ni容易导致甲烷裂解产生积碳,从而生成H_2/CO比远大于2的合成气。为了考察Pt改性的铈基氧载体中Pt对CH_4/CO_2这种小分子的活化作用,通过系列表征初步探索了Pt对甲烷化学链干重整过程中的作用机制:Pt有利于低温CO_2裂解和合成气共产的催化作用。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE665.3
【部分图文】：
西北大学硕士学位论文技术的研究进展燃烧技术的燃烧产生的温室气体 CO2被认为是造成全球变暖和气候变化的化石燃料燃烧所产生的二氧化碳排放已成为全世界关注的焦点[18碳的捕获和分离技术，如利用液体碱性溶液(如胺)或固体吸附剂烧和氧燃料燃烧等，以及来自气体分离的大量能源损失和高昂成中分离出 CO2，以及从 N2中分离出 O2，产生了重大的损失，降致能源价格上涨[19-22]。结合全球能源需求的不断增长，并在缺乏究者们发展了更有效的能源技术和经济上可行的二氧化碳捕获和燃烧（Chemical looping combostion，CLC），该过程如图 1.1 所
图 1.2 化学链重整制合成气示意图Figure 1.2 Schematic diagram of chemical looping reforming to syngas学链燃烧技术的基础上进一步革新提出了甲烷化学链重整技术forming，CLR），其基本原理就是利用氧载体的晶格氧与甲烷发生制取合成气，然后被还原后的氧载体从空气中（或者 CO2和 H2O）重成循环。如图 1.2 所示，具体反应方程式如下：on: 2(＞y)42CHMeOHCOMeOxxy on:22221/2MeOHOMeOHMeOCOMeOCOMeOOMeOyxyxyx 化学链重整制合成气解决了传统甲烷制合成气的弊端，得到 H2/CO 比采用 O2为氧化剂，不需要空分装置，大大降低生产成本，且甲烷和免了爆炸的风险[24-25]；若采用 CO2为氧化剂，在还原阶段生成合成
西北大学硕士学位论文循环技术作为一种清洁、碳中性的能源，近年来受到越来越多的关注。用主要用于光伏发电[32-35]。虽然在光伏发电方面已取得重大进全球能源消耗的不到 20%，其余的能源则固体、液体或气体燃转化为燃料的新方法为减少工业和运输部门的化石燃料消耗有效减少人为二氧化碳的排放。温和的条件下，光催化裂解水和二氧化碳产生太阳能燃料效率效果，这些反应具有较高的热力学和活化势垒，在光催化剂能合和光催化剂稳定性等方面面临挑战[37-38]。此外，这些过程的。作为光催化技术的替代物，太阳能-水/二氧化碳裂解显示出
【参考文献】
本文编号：2887696
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE665.3
【部分图文】：
西北大学硕士学位论文技术的研究进展燃烧技术的燃烧产生的温室气体 CO2被认为是造成全球变暖和气候变化的化石燃料燃烧所产生的二氧化碳排放已成为全世界关注的焦点[18碳的捕获和分离技术，如利用液体碱性溶液(如胺)或固体吸附剂烧和氧燃料燃烧等，以及来自气体分离的大量能源损失和高昂成中分离出 CO2，以及从 N2中分离出 O2，产生了重大的损失，降致能源价格上涨[19-22]。结合全球能源需求的不断增长，并在缺乏究者们发展了更有效的能源技术和经济上可行的二氧化碳捕获和燃烧（Chemical looping combostion，CLC），该过程如图 1.1 所
图 1.2 化学链重整制合成气示意图Figure 1.2 Schematic diagram of chemical looping reforming to syngas学链燃烧技术的基础上进一步革新提出了甲烷化学链重整技术forming，CLR），其基本原理就是利用氧载体的晶格氧与甲烷发生制取合成气，然后被还原后的氧载体从空气中（或者 CO2和 H2O）重成循环。如图 1.2 所示，具体反应方程式如下：on: 2(＞y)42CHMeOHCOMeOxxy on:22221/2MeOHOMeOHMeOCOMeOCOMeOOMeOyxyxyx 化学链重整制合成气解决了传统甲烷制合成气的弊端，得到 H2/CO 比采用 O2为氧化剂，不需要空分装置，大大降低生产成本，且甲烷和免了爆炸的风险[24-25]；若采用 CO2为氧化剂，在还原阶段生成合成
西北大学硕士学位论文循环技术作为一种清洁、碳中性的能源，近年来受到越来越多的关注。用主要用于光伏发电[32-35]。虽然在光伏发电方面已取得重大进全球能源消耗的不到 20%，其余的能源则固体、液体或气体燃转化为燃料的新方法为减少工业和运输部门的化石燃料消耗有效减少人为二氧化碳的排放。温和的条件下，光催化裂解水和二氧化碳产生太阳能燃料效率效果，这些反应具有较高的热力学和活化势垒，在光催化剂能合和光催化剂稳定性等方面面临挑战[37-38]。此外，这些过程的。作为光催化技术的替代物，太阳能-水/二氧化碳裂解显示出
【参考文献】
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3 童晓光;;大力提高天然气在能源构成中比例的意义和可能性[J];天然气工业;2010年10期
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1 刘伟伟;铁基六铝酸盐氧载体应用于甲烷化学循环干气重整反应的研究[D];西北大学;2017年
本文编号：2887696
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