煤焦选择性气化余渣的催化甲烷裂解性能

发布时间：2020-10-30 15:08

　　 氢气是一种良好的能源载体,它在燃料电池和内燃机方面具有广阔的应用前景。目前天然气水蒸气重整制氢技术成熟,产氢量占全世界氢消耗量的48%左右。然而,该过程会产生大量的碳氧化物,通常伴随着复杂的水煤气变换、分离和纯化步骤,而且副产二氧化碳。催化甲烷裂解可联产无碳氧化物的氢和有价值的炭材料(如碳纳米管和炭纤维),是发展低碳、生态友好型氢经济的潜在路径。然而,使用传统金属和/或炭催化剂仍存在一些问题与挑战。因此,有必要进一步研究开发适宜的催化剂以推动催化甲烷裂解制氢工艺的商业化进程。而煤气化是国内大规模工业化制备合成气(或氢气)的主要方式。基于上述背景,本文设计与开发了一种煤焦选择性气化与甲烷裂解制氢的两段工艺,通过调控煤焦气化余渣的性质,强化与提高了气化余渣在甲烷裂解反应中的催化活性与稳定性。首先,在煤焦的气化工艺中引入适量的镍和/或铈组分,通过调控气化工艺操作条件、利用气化过程中的碳热还原可原位形成分散度较高的Ni微晶,促进气化反应速率,实现联产富氢气体和具有较大比表面积(217-265 m~2/g)的气化余渣(表示为Ni/C杂化物)。当将这种Ni/C杂化物用作催化甲烷裂解的催化剂时,可获得较高活性(在850℃下甲烷转化率高达约90%)、高稳定(600 min反应时间内催化剂活性未出现降低趋势)的优异效果,同时有助于纤维状积碳的形成和生长。在此基础上,本文设计开发了一种催化甲烷裂解制氢的高效镍基催化剂的制备方法,即通过在煤焦的部分水蒸气气化反应中引入一定添加量的镍和K_2CO_3,利用气化过程中的碳热还原反应和K_2CO_3的活化作用,原位合成了高还原度的镍微晶(Ni~0/(Ni~0+Ni~(2+))比值高达76%-81%)。气化过程中同样能够联产富氢气体和具有大比表面积的Ni/C杂化物(洗去残留的钾盐后约为86-149 m~2/g)。以气化残留物Ni/C杂化物作为催化甲烷裂解制氢的催化剂,在850℃下显示出高且稳定的甲烷转化率(高达80%-87%)。其中,K_2CO_3对Ni/C催化剂的形成和活性提高具有积极作用,在600 min的催化甲烷裂解制氢过程中实现了联产氢气和丝状碳的有益效果。这种将煤焦选择性气化和催化甲烷裂解制氢一体化的综合过程是实现工艺强化的一种潜在策略,为研发经济价值高、危害小、环保可持续的制氢技术提供了可行性样本,特别适用于全球大多数地区的中小型生产设施。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ116.2;TQ546
【部分图文】：

西北大学硕士学位论文在多孔炭表面上，并且可以发现碳表面上的一些孔道被引入的金属颗粒堵同时由BET结果可知CC-8Ni和CC-10Ni均显示出比CC-1更小的比表面积（）和孔容（Vt）。同样，由于镍添加量更少，CC-8Ni比CC-10N（iSBET为242 m5 cm3/g）具有更大的比表面积（高达265 m2/g）和孔容（0.151 cm3/g）。面上大部分Ni粒径在50-65nm（图3.6b），而CC-10Ni表面上的Ni具有更大至105 nm）（图3.6c）。毫无疑问，气化之前在相同的CC剂量上随着引入加将导致Ni/C催化剂中Ni颗粒形成较大的聚集体。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李永谦;刘茵;张友平;;热态铸余渣返生产可行性分析[J];宝钢技术;2016年05期

2 郭奠荣;;攀钢铸余渣热态循环利用实践[J];四川冶金;2013年05期

3 傅星飞;;茶叶系列产品[J];广州食品工业科技;1988年01期

4 志辉;用猪粪制作动物饲料[J];福建农业科技;1989年04期

5 钱强;;炼钢铸余渣回收及综合利用研究[J];混凝土与水泥制品;2017年11期

6 宋素格;王三忠;张振申;王新志;孙玉强;;连铸铸余渣的返回利用[J];钢铁研究;2013年06期

7 郭奠荣;;钢包铸余渣热态循环利用实践[J];炼钢;2014年06期

8 何金平;刘先同;王春锋;钱龙;金奎;;钢包铸余渣的热循环利用[J];钢铁研究;2014年02期

9 吕宁;许蔷;;连铸铸余渣处理方法初探[J];江苏冶金;2007年03期

10 李廷刚;张硕;郑伟;马仲群;;大包余渣利用技术可行性分析[J];山西冶金;2018年06期

相关硕士学位论文 前2条

1 谢汶町;煤焦选择性气化余渣的催化甲烷裂解性能[D];西北大学;2019年

2 胡亚莉;冶锌中浸渣有价金属回收及利用[D];吉首大学;2016年

本文编号：2862644