铈基载氧体化学链甲烷重整反应研究

发布时间：2021-09-01 21:21

　　甲烷化学链重整反应（CLR）可以将天然气直接转化为合成气,不仅能够高效地利用天然气资源,还能有效地减缓温室效应,因此具有很大研究价值。本文围绕CH₄制取合成气的反应过程,首先对载氧体的制备、反应条件进行比较系统的研究,然后对反应机理进行了初探。首先以CeO₂和Fe₂O₃作为甲烷化学链重整的复合载氧体,采用共沉淀法制备了x Ce（1-x）Fe复合载氧体（摩尔比例x=0、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7）并对制备过程的焙烧温度（700℃、800℃、900℃、1000℃）进行了筛选优化。结果显示:Ce和Fe之间存在协同作用,载氧体为0.7Ce0.3Fe,焙烧温度为900℃,其综合性能最佳。在850℃下循环反应进行5次CH₄/CO₂循环反应后,甲烷转化率、二氧化碳选择性、一氧化碳选择性和氢气选择性未出现明显的下降,表明所制备0.7Ce0.3Fe载氧体具有较好的循环稳定性和热稳定性。随后使用等体积浸渍法对0.7Ce0.3Fe载氧体负载金属Cu和La（1%、2%... 

【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

甲烷化学链重整反应原理图

1.氩气 2.甲烷 3.二氧化碳 4.质量流量计 5.三转接阀 6.外环境 7.热电偶8.加热炉 9．样品 10.反应管 11.温控仪 12.冰水浴 13.红外气体分析仪 14.计算机图 2-1 实验装置图Fig.2-1 The diagram of experimental apparatus 2-1 是载氧体反应活性评价反应装置图。整个反应装置由气流控制部分、反应制部分和气体分析仪器（红外气体分析仪）组成。反应器是自主设计的石英总长为 80mm，加热填料段的内径为 12mm，其他管段内径为 4mm。反应时为 100ml/min，其中吹扫气为 N2气，流量为 95ml/min，甲烷流量为 5ml/min体装入反应器，通入吹扫气，以 10℃/min 的升温速率升至 200℃，恒温 3升高至反应温度，等温度稳定之后通入甲烷进行反应。反应后的气体经过，通入红外气体分析仪进行检测。外气体分析仪的校准验过程中的反应气体检测装置为北京西林子科技发展公司 XLZ-1090 型红外

通过甲烷恒温反应实验证实了 Fe2O3和 CeO2两种氧化物之间存提高了其还原能力和氧的释放能力。下面结合 CH4/CO2循环反应2-TPR、TG 等表征结果，对甲烷化学链重整反应机理进行探讨。-13 是 CH4/CO2循环反应结果图，从图中反应过程可知，甲烷转化下降的部分，是因为载氧体表面附着氧和表面晶格氧（CeO2表面将甲烷完全氧化。由于 CO2的氧化能力较弱，载氧体经过CO2氧体的体相晶格氧，因此在后面的循环反应中，没有出现甲烷转化此可以推测，如果载氧体上没有附着氧和表面晶格氧，那么甲烷开始升高。从图3-15和图4-25的XRD图谱中可以看出，在体相晶格放出来后，载氧体中的 Fe2O3和 CeO2也被还原为价态较低的 FeC负载金属后载氧体中没有出现 FeCeO3固溶体，说明负载金属后力。图 4-27 中也可以看出，负载金属载氧体的有效氧含量明显增点。


本文编号：3377711