發(fā)布時(shí)間：2020-10-19 20:55

　　 CO_2是導(dǎo)致全球氣候變暖和極端天氣頻發(fā)等生態(tài)安全問(wèn)題的主要原因之一。催化重整CO_2技術(shù)(CO_2+CH_4→2CO+2H_2)不僅能有效利用CO_2資源、減少碳排放,且產(chǎn)物合成氣(CO+H_2)可用于合成醇類、烯烴類等諸多產(chǎn)品。目前,研制高效、穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)的催化劑是該技術(shù)核心所在。本研究采用熱回流-共沉淀法制備了堿性強(qiáng)的Ni-Mg-Al和儲(chǔ)氧強(qiáng)的Ni-Ce-Al兩種催化體系,探討MgO和CeO_2兩種不同類型助劑如何影響CO_2重整過(guò)程和積碳生成過(guò)程。研究Ni-Mg-Al催化重整CO_2-沼氣時(shí)發(fā)現(xiàn),沼氣中O_2會(huì)氧化活性中心Ni造成催化劑嚴(yán)重失活,故若將沼氣應(yīng)用于重整CO_2技術(shù)須除氧。重整CO_2-除氧沼氣活性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示摻雜10mol%MgO的NM_(10)A催化性能最佳,CO_2、CH_4轉(zhuǎn)化率均穩(wěn)定在85%左右。原位XRD和H_2-TPR顯示該催化劑含有堿性的MgO和MgAl_2O_4,且金屬-載體作用力強(qiáng)無(wú)游離NiO。CO_2-TPD、TEM和TGA結(jié)果表明NM_(10)A具有最強(qiáng)堿性和最少積碳。分析以上表征結(jié)果得出:添加堿土金屬氧化物MgO助劑主要通過(guò)增強(qiáng)催化劑堿性加強(qiáng)對(duì)CO_2的吸附活化,產(chǎn)生更多氧物種加快積碳的氧化消釋。含Mg催化劑中還形成了一種具有表面缺陷和儲(chǔ)放氧功能的微量復(fù)合氧化物,為更詳細(xì)研究催化劑儲(chǔ)放氧性能對(duì)催化活性和積碳的影響,選用具有獨(dú)特氧化還原特性、強(qiáng)儲(chǔ)放氧能力的稀土金屬氧化物CeO_2改性Ni-Al催化體系。研究Ni-Ce-Al催化重整CO_2-天然氣時(shí)發(fā)現(xiàn),摻雜10mol%Ni的Ni_(10)CeAl催化性能最優(yōu),CO_2、CH_4轉(zhuǎn)化率也穩(wěn)定在85%左右。原位XRD和H_2-TPR顯示該催化劑中多種Ce氧化物(CeO_2、Ce_2O_3和CeAlO_3)共存。TEM和TGA結(jié)果表明反應(yīng)后Ni_(10)CeAl中含有少量無(wú)定性碳和絲狀纖維碳而未發(fā)現(xiàn)石墨型碳,前兩者對(duì)催化活性影響不大而石墨型碳是導(dǎo)致催化劑因積碳失活的主要原因。分析以上表征結(jié)果得出:含Ce催化劑中CeO_2、Ce_2O_3和CeAlO_3共存不僅使得催化劑表面產(chǎn)生氧空位,具有強(qiáng)儲(chǔ)放氧能力加快消耗碳物質(zhì),且能抑制石墨型碳產(chǎn)生從而有效防止了催化劑的失活。
【學(xué)位單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE665.3
【部分圖文】：

本實(shí)驗(yàn)在自制垂直固定研究，其中反應(yīng)器是長(zhǎng) 600mm圖2.2表2.1 Agilent 7890A編號(hào)Col 1Col 2Col 3Col 4Col 5武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文13帶有加熱冷凝回流裝置的圓底燒瓶中，在600 rpm再將混合液用去離子水洗滌多次至上清液pH為7以得到沉淀物并將其放置在真空干燥箱中干燥oC高溫下煅燒2h。最后將煅燒后樣品壓片氧化物混合物，即為所需催化劑。該催化劑0、5、10、20和30mol%，10A、NM20A和NM30A。垂直固定床反應(yīng)爐上進(jìn)行催化劑活性測(cè)試以及其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)、內(nèi)徑 8mm 的石英管，裝置示意圖2二氧化碳重整反應(yīng)活性評(píng)價(jià)裝置示意圖氣相色譜儀所用色譜柱信息名稱 規(guī)格Hayesep THayesep QMolsieve 13XHayesep QMolsieve 5A0.5 m × 3.175 mm，0.5 m × 3.175 mm，1.5 m × 3.175 mm，1.0 m × 3.175 mm

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文14圖2.3 Agilent 7890A氣相色譜儀內(nèi)部色譜柱連接示意圖本實(shí)驗(yàn)裝置主要包括以下四個(gè)系統(tǒng)：進(jìn)氣控制系統(tǒng)、固定床反應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和氣體在線分析系統(tǒng)。進(jìn)氣控制系統(tǒng)主要由各種氣瓶、閥門(mén)、氣體混合罐、氣體質(zhì)量流量計(jì)和控制面板組成。固定床反應(yīng)系統(tǒng)主要由石英反應(yīng)管、管式加熱爐、熱電偶和溫控裝置構(gòu)成。冷凝系統(tǒng)是采用 10oC 冷凝液循環(huán)冷卻氣體產(chǎn)物中水汽以防影響 GC 分析。氣體在線分析是利用包含兩個(gè) TCD 檢測(cè)器和一個(gè) FID檢測(cè)器的 Agilent 7890A 氣相色譜儀進(jìn)行進(jìn)出口氣體成分對(duì)比分析，所使用的色譜柱名稱以及連接情況[60]如表 2.1 和圖 2.3 所示。活性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)具體操作步驟如下：首先稱取 50mg 40~60 目 Ni-Mg-Al 氧化物混合物裝入石英管反應(yīng)器，床層位置以在加熱爐中心附近為宜，并在催化劑上下兩端墊上少量石英棉以防其在反應(yīng)過(guò)程中掉落，將一個(gè)裝有熱電偶的頂端開(kāi)口底部閉口的石英套管置于催化劑床層中心以準(zhǔn)確顯示反應(yīng)區(qū)溫度，隨之在氣密性檢查完成后以 200ml/min 流速通入 N2吹掃 10 min 以排盡反應(yīng)管內(nèi)部殘留氣體雜質(zhì)。隨后停止通入 N2，以 200ml/min 流速通入 3.5% H2/N2，同時(shí)以 10oC/min 升溫速率將催化劑床層溫度升至 850oC，并維持該溫度 2h。隨后將進(jìn)氣切換成 N2

-天然氣重整反應(yīng)過(guò)程中有積碳產(chǎn)生并吸附積累在催化劑表面但具體積碳量和積碳類型需進(jìn)一步分析研究。圖4.9 Ni10CeAl催化劑在750°C反應(yīng)60h后TGA-DTG分析結(jié)果在 25~1000°C 溫度范圍內(nèi)對(duì)該催化劑進(jìn)行 TGA-DTG 表征分析以深入探討Ni10CeAl 催化劑在 750oC 高溫反應(yīng) 60h 后的積碳行為，結(jié)果如圖 4.9 所示。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 霍苗苗;李琳;趙欣;張煜華;李金林;;氮化SBA-16負(fù)載鎳基催化劑的制備及其對(duì)甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的催化性能[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2017年02期

2 楊霞;田大勇;孫守理;孫琦;;CeO_2助劑對(duì)Ni基催化劑甲烷化性能的影響[J];工業(yè)催化;2014年02期

3 Luming Zhang;Lin Li;Yuhua Zhang;Yanxi Zhao;Jinlin Li;;Nickel catalysts supported on MgO with different specific surface area for carbon dioxide reforming of methane[J];Journal of Energy Chemistry;2014年01期

4 王路輝;劉輝;劉源;陳英;楊淑清;;Effect of precipitants on Ni-CeO_2 catalysts prepared by a co-precipitation method for the reverse water-gas shift reaction[J];Journal of Rare Earths;2013年10期

5 姜洪濤;華煒;計(jì)建炳;;甲烷重整制合成氣鎳催化劑積炭研究[J];化學(xué)進(jìn)展;2013年05期

6 Narges Hadian;Mehran Rezaei;Zeinab Mosayebi;Fereshteh Meshkani;;CO_2 reforming of methane over nickel catalysts supported on nanocrystalline MgAl_2O_4 with high surface area[J];Journal of Natural Gas Chemistry;2012年02期

7 王銳;劉雪斌;陳燕馨;李文釗;徐恒泳;;金屬-載體相互作用對(duì)CH_4/CO_2重整反應(yīng)中Rh基催化劑抗積炭性能的影響[J];催化學(xué)報(bào);2007年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 付曉娟;甲烷二氧化碳重整催化劑的設(shè)計(jì)、構(gòu)建與性能研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2017年

2 錢(qián)林平;銠基催化劑上甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 萬(wàn)云云;甲烷二氧化碳重整工藝研究[D];安徽理工大學(xué);2016年

2 霍俊梅;Ni-Co雙金屬催化劑在甲烷二氧化碳重整反應(yīng)中的應(yīng)用[D];太原理工大學(xué);2015年

3 王慶超;甲烷—二氧化碳重整鎳基催化劑的改性研究[D];安徽理工大學(xué);2014年

4 呂香玉;甲烷干式重整鎳基催化劑的研究[D];北京化工大學(xué);2012年

5 劉超;多孔炭材料的制備及其二氧化碳吸附性能的研究[D];山東理工大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2847715