镍基甲烷干气重整催化剂的制备及其性能研究
发布时间：2020-12-15 14:23
甲烷干气重整反应可以将甲烷和二氧化碳两种温室气体转化为工业原料合成气。Ni基催化剂是该反应最具工业应用潜力的催化剂,但是现有镍基催化剂易积碳、易烧结、失活快等原因限制了其工业应用,因此提高镍基催化剂的催化性能和抗积炭能力具有十分重要的理论和实践意义。本文从提高催化剂的抗积碳性能出发,合成了三种新型催化剂,研究不同因素对催化剂在甲烷干气重整中活性和抗积碳性能的影响,分析了形貌结构与催化剂性能之间的关系。主要研究成果如下:通过对载体、合成方法和Ni含量的筛选和优化,得出共沉淀法制备时最优条件为:pH值10左右,空气中55℃焙烧,850℃下氢气还原1h下制备的Ni0.27Mg2.73Al-LDH具备较好的催化性能。通过探讨工艺条件,得出适当的添加惰性填料的用量可以提高催化剂的有效利用率,催化剂用量为0.15g时,惰性填料用量为2g较为合适。选择在反应温度为750℃,原料气的总流量为220 mL/min,进气比为CO2:CH4:N2=5:5:1的反应条件下,作为催化剂的催化性能考评条件...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１全球气温变化趋势??Ｆｉｇ?１．１?ｇｌｏｂａｌ?ｗａｒｍｉｎｇ?ｔｒｅｎｄ?ｆｒｏｍ?１９８０?ｔｏ?２０１５??
细信息参见表２．２）。ＣＯ和ＣＨ４在催化剂表面解离并产屮吸附的原子碳Ｃａ。而Ｃ？可以通??过逆水气变换反应消除，Ｃ（１之间发屮反应也可生成Ｃｐ，进一步反应能生成Ｃｖ、Ｃ。和Ｃ＇Ｙ。??积炭的形成机理如图２．２所示。??表２．２不同碳物种的详细信息??Ｔａｂｌｅ?２．２?Ｄｅｔａｉｌｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃａｒｂｏｎ?ｓｐｅｃｉｅｓ?ｆｏｒｍｅｄ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ｓｕｒｆａｃｅ??碳原子结构?命名?温度分布／°Ｃ??聚合态，无定形碳?Ｃ卩?２５０－５００??胡须状纤维碳?Ｃ、?３００－１０００??吸附态，原子碳?Ｃｕ?２００－４００??石墨片晶体碳?Ｑ?５００－５５０??碳化镍／结块?Ｃｙ?１５０－２５０??ＣＯ?（ａ）????Ｃ。（ａ）?＋?Ｏ?（ａ）????Ｃ?ｉｎ?Ｎｉ????Ｃｖ?????ＮｂＣ?（￥）??Ｃａ（ａ）???＊?Ｃｐ（￥）?？?Ｃｃ（ｓ）?????Ｃａ?（ａ）?＋?Ｈ?（ａ）?＋?ＣＨ２?（ａ）?ｏｒ?ＣＨ３?（ａ）?????Ｃ?ｉｎ?Ｎｉ????Ｃｖ??－－Ｈ???ＣＨ：⑷一??？?ＮｂＣ（，）??｜?〇ｒ??＾Ｃ－⑷?＾?Ｃｐ（ｓ）?—＊?Ｃｅ?（ｓ）??ＣＨ４?（ｇ）?＂?Ｃ，（Ｓ）??—?？?ＣＨ４?（ａ）?—?ＣＨ４?（ｇ）??图２．２积炭形成形成机理??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ａｔ?ｔｈｅ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ｓｕｒｆａｃｅ??
图４．１载体对催化活性的影响??Ｆｉｇ．?４．１?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｃａｒｒｉｅｒ?ｏｎ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ａｃｔｉｖｉｔｙ??山图４．１可以得知，在甲烷干气重整反应中相同的活性组分含量以及反应条件，对于??不同载体的催化剂也表现出不同的催化活性。相对于丨０ｗｔ％Ｎｉ／３ｗｔ％ＭｇＯ－ｙＡＩ２Ｏ３和??１?Ｏｗｔ％Ｎｉ／ｌ?Ｏｗｔ％ＭｇＯ－ＹＡｌ２（）３?催化剂，１?〇ｗｔ％Ｎｉ／Ｙ－Ａｈ〇３?和?Ｎｉ丨丨．２７Ｍｇ２．７３Ａｌ〇４．５?催化剂在?７５０°Ｃ??下反应丨?Ｏｈ，表现出更好的活性。１?Ｏｗｔ％Ｎｉ／３ｗｔ％ＭｇＯ－ＹＡｈ〇３?和?１?Ｏｗｔ％Ｎｉ／ｌ?Ｏｗｔ％ＭｇＯ－ＹＡｈ（）３??催化剂分别在反应６．５ｈ和３．５ｈ后都发生了喷管的现象，足由Ｔ催化剂已经烧结，催化剂??床层发生了堵塞。丨〇ｗｔ％Ｎｉ／Ｙ－Ａｈ〇＿Ｗｉｎ化剂的反应活性较Ｎｉａ＾／Ｍｇ＾ＡＩＯ催化剂高，／Ｉ丨反??应结束拆管后，Ｎｉ／ｙ－ＡｈＯ；催化剂可明显观察到催化剂床层己经结块，并ＪＵ十：反应５ｈ后，??催化剂对屮烷干气重整的转化率匕经幵始下降。而且，从分析氧化物的物化性质可以得知，??ＡｂＣｂ为两性氧化物含有更多的酸性位点，所以ＭｇＯ的存在ｎ丨以屮和Ｙ－ＡｈＣｂ表面的部分??酸性位点
【参考文献】：
期刊论文
[1]N2气氛下焙烧制备的Mn基催化剂催化NOx脱除性能的提升机理:低MnOx结晶度与氧化度（英文）[J]. 齐凯,谢峻林,方德,李凤祥,何峰. 催化学报. 2017(05)
[2]Ce和Mg改性的γ-Al2O3负载Pt催化剂催化乙二醇水相重整制氢[J]. 白赢,卢春山,马磊,陈萍,郑遗凡,李小年. 催化学报. 2006(03)
[3]镍镁铝三元水滑石类化合物的合成和表征[J]. 申延明,张惠,吴静,刘长厚,张振祥. 现代化工. 2005(S1)
[4]NiMgAl三元类水滑石的制备研究[J]. 谢鲜梅,刘洁翔,安霞,武正簧,王志忠. 燃料化学学报. 2003(06)
[5]天然气制合成油介绍[J]. 钱伯章. 天然气工业. 2002(04)
[6]CO2重整CH4纳米ZrO2负载Ni催化剂的研究（Ⅰ）——与常规载体上Ni催化剂的比较[J]. 魏俊梅,徐柏庆,李晋鲁,程振兴,王亚权,朱起明. 高等学校化学学报. 2002(01)
[7]天然气催化转化新进展[J]. 李文钊. 石油与天然气化工. 1998(01)
[8]镍钼镧甲烷化催化剂催化性能的研究[J]. 王敏炜,罗来涛,李凤仪. 南昌大学学报(工科版). 1993(Z1)
本文编号：2918430
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１全球气温变化趋势??Ｆｉｇ?１．１?ｇｌｏｂａｌ?ｗａｒｍｉｎｇ?ｔｒｅｎｄ?ｆｒｏｍ?１９８０?ｔｏ?２０１５??
细信息参见表２．２）。ＣＯ和ＣＨ４在催化剂表面解离并产屮吸附的原子碳Ｃａ。而Ｃ？可以通??过逆水气变换反应消除，Ｃ（１之间发屮反应也可生成Ｃｐ，进一步反应能生成Ｃｖ、Ｃ。和Ｃ＇Ｙ。??积炭的形成机理如图２．２所示。??表２．２不同碳物种的详细信息??Ｔａｂｌｅ?２．２?Ｄｅｔａｉｌｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃａｒｂｏｎ?ｓｐｅｃｉｅｓ?ｆｏｒｍｅｄ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ｓｕｒｆａｃｅ??碳原子结构?命名?温度分布／°Ｃ??聚合态，无定形碳?Ｃ卩?２５０－５００??胡须状纤维碳?Ｃ、?３００－１０００??吸附态，原子碳?Ｃｕ?２００－４００??石墨片晶体碳?Ｑ?５００－５５０??碳化镍／结块?Ｃｙ?１５０－２５０??ＣＯ?（ａ）????Ｃ。（ａ）?＋?Ｏ?（ａ）????Ｃ?ｉｎ?Ｎｉ????Ｃｖ?????ＮｂＣ?（￥）??Ｃａ（ａ）???＊?Ｃｐ（￥）?？?Ｃｃ（ｓ）?????Ｃａ?（ａ）?＋?Ｈ?（ａ）?＋?ＣＨ２?（ａ）?ｏｒ?ＣＨ３?（ａ）?????Ｃ?ｉｎ?Ｎｉ????Ｃｖ??－－Ｈ???ＣＨ：⑷一??？?ＮｂＣ（，）??｜?〇ｒ??＾Ｃ－⑷?＾?Ｃｐ（ｓ）?—＊?Ｃｅ?（ｓ）??ＣＨ４?（ｇ）?＂?Ｃ，（Ｓ）??—?？?ＣＨ４?（ａ）?—?ＣＨ４?（ｇ）??图２．２积炭形成形成机理??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ａｔ?ｔｈｅ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ｓｕｒｆａｃｅ??
图４．１载体对催化活性的影响??Ｆｉｇ．?４．１?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｃａｒｒｉｅｒ?ｏｎ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ａｃｔｉｖｉｔｙ??山图４．１可以得知，在甲烷干气重整反应中相同的活性组分含量以及反应条件，对于??不同载体的催化剂也表现出不同的催化活性。相对于丨０ｗｔ％Ｎｉ／３ｗｔ％ＭｇＯ－ｙＡＩ２Ｏ３和??１?Ｏｗｔ％Ｎｉ／ｌ?Ｏｗｔ％ＭｇＯ－ＹＡｌ２（）３?催化剂，１?〇ｗｔ％Ｎｉ／Ｙ－Ａｈ〇３?和?Ｎｉ丨丨．２７Ｍｇ２．７３Ａｌ〇４．５?催化剂在?７５０°Ｃ??下反应丨?Ｏｈ，表现出更好的活性。１?Ｏｗｔ％Ｎｉ／３ｗｔ％ＭｇＯ－ＹＡｈ〇３?和?１?Ｏｗｔ％Ｎｉ／ｌ?Ｏｗｔ％ＭｇＯ－ＹＡｈ（）３??催化剂分别在反应６．５ｈ和３．５ｈ后都发生了喷管的现象，足由Ｔ催化剂已经烧结，催化剂??床层发生了堵塞。丨〇ｗｔ％Ｎｉ／Ｙ－Ａｈ〇＿Ｗｉｎ化剂的反应活性较Ｎｉａ＾／Ｍｇ＾ＡＩＯ催化剂高，／Ｉ丨反??应结束拆管后，Ｎｉ／ｙ－ＡｈＯ；催化剂可明显观察到催化剂床层己经结块，并ＪＵ十：反应５ｈ后，??催化剂对屮烷干气重整的转化率匕经幵始下降。而且，从分析氧化物的物化性质可以得知，??ＡｂＣｂ为两性氧化物含有更多的酸性位点，所以ＭｇＯ的存在ｎ丨以屮和Ｙ－ＡｈＣｂ表面的部分??酸性位点
【参考文献】：
期刊论文
[1]N2气氛下焙烧制备的Mn基催化剂催化NOx脱除性能的提升机理:低MnOx结晶度与氧化度（英文）[J]. 齐凯,谢峻林,方德,李凤祥,何峰. 催化学报. 2017(05)
[2]Ce和Mg改性的γ-Al2O3负载Pt催化剂催化乙二醇水相重整制氢[J]. 白赢,卢春山,马磊,陈萍,郑遗凡,李小年. 催化学报. 2006(03)
[3]镍镁铝三元水滑石类化合物的合成和表征[J]. 申延明,张惠,吴静,刘长厚,张振祥. 现代化工. 2005(S1)
[4]NiMgAl三元类水滑石的制备研究[J]. 谢鲜梅,刘洁翔,安霞,武正簧,王志忠. 燃料化学学报. 2003(06)
[5]天然气制合成油介绍[J]. 钱伯章. 天然气工业. 2002(04)
[6]CO2重整CH4纳米ZrO2负载Ni催化剂的研究（Ⅰ）——与常规载体上Ni催化剂的比较[J]. 魏俊梅,徐柏庆,李晋鲁,程振兴,王亚权,朱起明. 高等学校化学学报. 2002(01)
[7]天然气催化转化新进展[J]. 李文钊. 石油与天然气化工. 1998(01)
[8]镍钼镧甲烷化催化剂催化性能的研究[J]. 王敏炜,罗来涛,李凤仪. 南昌大学学报(工科版). 1993(Z1)
本文编号：2918430
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