本文關(guān)鍵詞：甲烷二氧化碳在催化劑上重整制合成氣的實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，甲烷二氧化碳在催化劑作用下重整制取合成氣反應(yīng)備受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。該反應(yīng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）CH4-CO2重整反應(yīng)制得低H2/CO比的合成氣（≤1），可直接作為羰基合成及F-T合成的原料；（2）甲烷二氧化碳重整過(guò)程是具有較大反應(yīng)熱的可逆反應(yīng)，該反應(yīng)過(guò)程可以作為能量?jī)?chǔ)存和傳輸?shù)慕橘|(zhì)；（3）充分利用了甲烷和二氧化碳資源，為減少溫室氣體的排放做出了具大的貢獻(xiàn)，增大了環(huán)境的保護(hù)效益。Ni基催化劑因成本較低、資源比較豐富而被廣泛應(yīng)用于甲烷二氧化碳重整反應(yīng)過(guò)程中。由于該反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，在高溫條件下，Ni催化劑容易積碳失活。為此，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)選擇合適的載體，添加合適的助劑、控制活性組分的擔(dān)載量及改善反應(yīng)裝置等方法，可以提高催化劑的活化性能。 本實(shí)驗(yàn)采用不同的方法制得了Ni/γ-Al2O3、Ni-MgO/γ-Al2O3、鋇改性的Ni/γ-Al2O3三種催化劑。利用甲烷二氧化碳重整固定床反應(yīng)裝置,主要研究了催化劑中Ni含量、助劑MgO含量等對(duì)重整反應(yīng)的影響，考察了催化劑的催化活性及穩(wěn)定性，進(jìn)而系統(tǒng)研究了反應(yīng)溫度、原料氣組成、進(jìn)料空速等因素對(duì)原料氣中甲烷和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物中一氧化碳和氫氣的選擇性的影響規(guī)律，確定了催化重整反應(yīng)的最佳工藝條件。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)采用共沉淀法制備的鋇改性的Ni/γ-Al2O3催化劑具有較好的催化活性及穩(wěn)定性，其活性明顯高于Ni-MgO/γ-Al2O3催化劑和Ni/γ-Al2O3催化劑。 Ni含量對(duì)甲烷二氧化碳重整反應(yīng)催化活性的影響：鋇改性的Ni/γ-Al2O3催化劑在甲烷二氧化碳重整反應(yīng)中催化活性最大，且無(wú)積碳現(xiàn)象產(chǎn)生。在Ni含量為8%時(shí)，，Ni/γ-Al2O3、Ni-MgO/γ-Al2O3、鋇改性的Ni/γ-Al2O3三種催化劑對(duì)甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的催化活性較大，甲烷和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率達(dá)到較大值；一氧化碳和氫氣的選擇性則隨著Ni含量的不斷增大，二者的選擇性不斷增大到一定值后趨于平穩(wěn)狀態(tài)。 反應(yīng)溫度對(duì)甲烷二氧化碳重整反應(yīng)催化活性的影響：隨著反應(yīng)溫度的升高，甲烷和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率均增大，一氧化碳和氫氣的選擇性則呈現(xiàn)大幅度增大趨勢(shì)，在700℃時(shí)達(dá)到較大值。繼續(xù)升高溫度后，Ni/γ-Al2O3催化劑開(kāi)始逐漸出現(xiàn)積碳現(xiàn)象。原料氣轉(zhuǎn)化率和合成氣選擇性均開(kāi)始下降。 Ni/γ-A12O3、Ni-MgO/γ-A12O3及鋇改性的Ni/γ-A12O3催化劑活性及穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)中，鋇改性的Ni/γ-A12O3催化劑可以在2h到15h之間保持活性穩(wěn)定狀態(tài)。Ni-MgO/γ-A12O3催化劑和Ni/γ-A12O3催化劑的穩(wěn)定性較差。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，由于催化劑受溫度的影響，在高溫條件下易燒結(jié)，而不利于催化劑的穩(wěn)定存在。 原料氣組成對(duì)催化活性的影響：增加一種反應(yīng)物的濃度時(shí)，反應(yīng)會(huì)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，三種催化劑中甲烷的轉(zhuǎn)化率均隨著原料氣組分的增大而增大；但增加二氧化碳的含量，會(huì)增大反應(yīng)物中二氧化碳的總含量，而二氧化碳的整體反應(yīng)速率不變，使得二氧化碳的轉(zhuǎn)化率逐漸降低。一氧化碳和氫氣的選擇性均隨著原料氣組成比例的增加而呈現(xiàn)大幅度上升趨勢(shì)。 進(jìn)料空速對(duì)催化劑催化活性的影響：甲烷二氧化碳重整反應(yīng)中Ni/γ-A12O3、Ni-MgO/γ-A12O3及鋇改性的Ni/γ-A12O3催化劑條件下，甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化率、一氧化碳和氫氣的轉(zhuǎn)化率均隨著空速的不斷增大，先呈現(xiàn)緩慢下降后迅速下降的趨勢(shì)。 助劑MgO含量不同對(duì)催化劑催化活性的影響：Ni-5%MgO/γ-A12O3催化劑具有較高的催化活性及穩(wěn)定性，甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化率、一氧化碳和氫氣的選擇性均隨著溫度的不斷上升而逐漸提高。
【關(guān)鍵詞】：甲烷 二氧化碳 重整 催化劑 積碳
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ426;TE665.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 引言12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外天然氣的發(fā)展前景12-13
• 1.3 溫室氣體二氧化碳的利用現(xiàn)狀13-14
• 1.4 全球天然氣的利用現(xiàn)狀14-15
• 1.5 天然氣的合成工藝15
• 1.5.1 直接轉(zhuǎn)化15
• 1.5.2 間接轉(zhuǎn)化15
• 1.6 天然氣制合成氣的主要途徑15-18
• 1.6.1 水蒸氣重整法16
• 1.6.2 甲烷部分氧化法16-17
• 1.6.3 甲烷二氧化碳重整法17-18
• 1.7 甲烷二氧化碳重整催化劑的研究進(jìn)展18-25
• 1.7.1 金屬活性組分19-21
• 1.7.2 載體對(duì)催化劑性能的影響21-24
• 1.7.3 助劑對(duì)催化劑性能的影響24-25
• 1.8 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)的研究現(xiàn)狀25-28
• 1.8.1 甲烷二氧化碳重整過(guò)程中發(fā)生的幾個(gè)主要反應(yīng)25-26
• 1.8.2 甲烷二氧化碳重整過(guò)程中發(fā)生的積碳反應(yīng)26
• 1.8.3 甲烷二氧化碳重整反應(yīng)體系其它的副反應(yīng)26-27
• 1.8.4 甲烷二氧化碳的熱力學(xué)研究27-28
• 1.9 論文的選題意義及內(nèi)容28-30
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分30-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備30-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)化學(xué)試劑30
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)氣體30-31
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備31
• 2.2 催化劑活性評(píng)價(jià)裝置31-32
• 2.3 催化劑的制備32-34
• 2.3.1 載體的預(yù)處理32-33
• 2.3.2 Ni/γ-Al_2O_3催化劑的制備33
• 2.3.3 Ni-MgO/γ-Al_2O_3催化劑的制備33
• 2.3.4 鋇改性的 Ni/γ-Al_2O_3催化劑的制備33-34
• 2.4 甲烷和二氧化碳所用流量計(jì)的校準(zhǔn)34-36
• 2.5 實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作36-38
• 2.5.1 檢查裝置氣密性36-37
• 2.5.2 測(cè)定反應(yīng)器恒溫區(qū)的位置37
• 2.5.3 設(shè)立空白實(shí)驗(yàn)37
• 2.5.4 催化劑的填裝37-38
• 2.5.5 實(shí)驗(yàn)步驟38
• 2.5.6 數(shù)據(jù)的記錄與分析38
• 2.6 數(shù)據(jù)的處理與計(jì)算38-40
• 第三章 結(jié)果與討論40-60
• 3.1 Ni 含量對(duì)甲烷二氧化碳重整反應(yīng)催化活性的影響40-44
• 3.1.1 甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨 Ni 含量的變化規(guī)律40-42
• 3.1.2 一氧化碳和氫氣選擇性隨 Ni 含量的變化規(guī)律42-44
• 3.2 反應(yīng)溫度對(duì)催化活性的影響44-48
• 3.2.1 甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化規(guī)律44-46
• 3.2.2 一氧化碳和氫氣選擇性隨反應(yīng)溫度的變化規(guī)律46-48
• 3.3 Ni/γ-A1_2O_3、Ni-MgO/γ-A1_2O_3及鋇改性的 Ni/γ-A1_2O_3催化劑的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)48-49
• 3.4 原料氣組成對(duì)催化活性的影響49-53
• 3.4.1 甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨原料氣組成的變化規(guī)律50-51
• 3.4.2 一氧化碳和氫氣選擇性隨原料氣組成的變化規(guī)律51-53
• 3.5 進(jìn)料空速對(duì)催化活性的影響53-56
• 3.5.1 甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨進(jìn)料空速的變化規(guī)律53-55
• 3.5.2 一氧化碳和氫氣選擇性隨進(jìn)料空速的變化規(guī)律55-56
• 3.6 助劑 MgO 含量不同對(duì)催化劑催化活性的影響56-60
• 第四章 總結(jié)60-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果69-70
• 致謝70-71

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：甲烷二氧化碳在催化劑上重整制合成氣的實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：322597