本文關(guān)鍵詞：甲烷裂解制氫催化劑的制備及其性能與模擬研究

  更多相關(guān)文章： 甲烷 65%Ni-10%Cu-25%SiO_2 ASPENPLUS 蒸汽重整 積碳 Fe_2O_3

【摘要】：隨著石油資源的日益枯竭以及溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等問題的日益加劇,以氫氣為代表的清潔能源的研究和開發(fā)得到重視。除天然氣中含有大量甲烷外,海底蘊(yùn)藏著大量可燃冰,以及生物質(zhì)生產(chǎn)的沼氣中也含有大量甲烷,因此以甲烷為原料制備氫氣前景可觀。本文在文獻(xiàn)查閱的基礎(chǔ)上,對(duì)鎳基催化裂解甲烷制氫催化劑的制備及其改性進(jìn)行了研究,以期解決目前甲烷催化裂解技術(shù)中積碳引起催化劑失活的問題,保持催化劑的活性,尋求長(zhǎng)效的甲烷催化裂解制氫的方法。為此,論文在課題組前期研究工作的基礎(chǔ)上,選擇研究了不同的催化劑在不同條件下對(duì)甲烷裂解制氫效果以及催化劑上積碳的影響,具體開展了如下幾方面的工作：(1)在固定床反應(yīng)器里,研究了甲烷在不同催化劑即：活性炭、浸漬法制備Ni基活性炭(Ni-load)、溶膠凝膠法制備Ni基催化劑65%Ni-10%Cu-25%SiO2(Ni-gel)上的催化裂解。分別研究了溫度、物料比、Ni-gel催化劑與活性炭混合比等對(duì)催化劑催化甲烷裂解制氫性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Ni-load催化劑,在溫度為650℃時(shí),短期內(nèi)能獲得較高甲烷轉(zhuǎn)化率,最高可以達(dá)到78.46%,但催化劑會(huì)迅速失活；Ni-gel催化劑具有更高的反應(yīng)活性和良好的持續(xù)性,可以將甲烷轉(zhuǎn)化率提升至88.74%,但是該催化劑燒結(jié)嚴(yán)重。通過研究我們發(fā)現(xiàn)將Ni-gel催化劑與活性炭按一定比例混合有利于提高催化劑的分散性,緩解催化劑燒結(jié)現(xiàn)象,并加速反應(yīng)的還原速率。(2)使用軟件ASPEN PLUS來(lái)模擬甲烷重整,分別研究了溫度、壓強(qiáng)和水碳比對(duì)甲烷、氫氣、一氧化碳和二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的影響,為實(shí)際生產(chǎn)中的甲烷水蒸氣催化重整提供理論及數(shù)據(jù)參考。我們通過模擬得到的結(jié)果表明：在甲烷水蒸氣重整模擬中,提高溫度有利于甲烷的轉(zhuǎn)化,但壓力的增加不利于反應(yīng)向正方向進(jìn)行,最佳反應(yīng)溫度為1100℃,最佳壓強(qiáng)為常壓；隨著水碳比的增大,氫氣和二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)增大,甲烷和一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)降低。(3)為了實(shí)現(xiàn)提高甲烷的裂解率以及消除積碳的目標(biāo),在上述研究的基礎(chǔ)上,向Ni-gel催化劑中摻入Fe203以及向反應(yīng)體系中通入水蒸氣,并通過調(diào)節(jié)水蒸氣的加入量來(lái)尋求最佳水碳比。在此基礎(chǔ)上,與目前工業(yè)甲烷裂解制氫催化劑進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：Ni-gel/Fe2O3催化劑催化裂解甲烷率為98.88%,積碳率達(dá)到最小值0.11(Wt/%),工業(yè)用催化劑Z118-4Y在實(shí)驗(yàn)室條件下并沒有表現(xiàn)出對(duì)甲烷催化裂解的良好活性,裂解率僅為53.65%。
【關(guān)鍵詞】：甲烷 65%Ni-10%Cu-25%SiO_2 ASPENPLUS 蒸汽重整 積碳 Fe_2O_3
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 甲烷制氫研究的意義11-12
• 1.3 甲烷制氫技術(shù)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.1 甲烷水蒸氣重整12
• 1.3.2 甲烷部分氧化12-13
• 1.3.3 甲烷二氧化碳重整13
• 1.3.4 甲烷自熱重整13-14
• 1.4 催化劑在甲烷裂解中的研究進(jìn)展14-17
• 1.4.1 催化劑活性金屬的選擇16-17
• 1.4.2 催化劑載體的選擇17
• 1.5 甲烷在催化劑上裂解機(jī)理17-18
• 1.6 甲烷催化裂解中催化劑積碳失活問題18-20
• 1.7 本文的立題思想及內(nèi)容簡(jiǎn)介20-21
• 第2章 甲烷在活性炭等催化劑上的催化裂解21-32
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分22-25
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置22-23
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品23
• 2.2.3 催化劑的制備23-24
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)流程24
• 2.2.5 分析方法24-25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論25-30
• 2.3.1 N_2、CH_4物料比對(duì)反應(yīng)的影響25-26
• 2.3.2 反應(yīng)溫度對(duì)Ni-load催化劑影響26-27
• 2.3.3 Ni基催化劑性能改進(jìn)27-28
• 2.3.4 Ni-gel催化劑的XRD分析28
• 2.3.5 Ni-gel催化劑的SEM分析28-29
• 2.3.6 對(duì)Ni-gel催化劑還原時(shí)間的優(yōu)化29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 第3章 甲烷蒸汽重整制備氫氣的模擬研究32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 甲烷蒸汽重整制氫工藝流程32-33
• 3.3 甲烷蒸汽重整模擬過程33-34
• 3.4 結(jié)果與討論34-38
• 3.4.1 反應(yīng)溫度對(duì)蒸汽重整結(jié)果的影響34
• 3.4.2 反應(yīng)壓強(qiáng)對(duì)蒸汽重整結(jié)果的影響34-35
• 3.4.3 不同S/C對(duì)重整結(jié)果的影響35-36
• 3.4.4 溫度和S/C對(duì)蒸汽重整結(jié)果的影響36-38
• 3.5 結(jié)論38-39
• 第4章 甲烷的催化重整制氫的研究39-47
• 4.1 引言39-41
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分41-42
• 4.2.1 催化劑的制備41
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)的裝置41
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)的材料和儀器41
• 4.2.4 實(shí)驗(yàn)流程41-42
• 4.2.5 實(shí)驗(yàn)分析方法42
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論42-46
• 4.3.1 甲烷在混合催化劑上的催化裂解42-43
• 4.3.2 通過調(diào)節(jié)水碳比消除混合催化劑上的積碳43-44
• 4.3.3 Ni-gel/Fe_2O_3催化劑的XRD分析44
• 4.3.4 催化劑SEM測(cè)試分析44-45
• 4.3.5 甲烷在催化劑Z118-4Y上的催化裂解45-46
• 4.4 結(jié)論46-47
• 第5章 全文總結(jié)47-48
• 參考文獻(xiàn)48-54
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文54-55
• 致謝55

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