氫氣作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源,廣泛應(yīng)用于能源、化工、煉油、冶金和航天等領(lǐng)域�，F(xiàn)階段氫氣主要通過(guò)天然氣重整的方式進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。隨著全球能源形勢(shì)愈加緊張,環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻,傳統(tǒng)工業(yè)天然氣制氫技術(shù)越來(lái)越難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。在此背景下,鈣銅耦合吸附強(qiáng)化甲烷水蒸氣重整制氫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,它通過(guò)耦合鈣基材料的CO_2吸/脫附及銅基載氧體的氧化/還原兩個(gè)循環(huán)過(guò)程,不僅提高了反應(yīng)系統(tǒng)的制氫效率,還解決了鈣基吸附劑再生過(guò)程中的能量自供應(yīng)問(wèn)題,從而為天然氣的清潔高效利用提供了廣闊的發(fā)展前景,在工業(yè)原料的提供、能源有效轉(zhuǎn)化以及全球環(huán)境保護(hù)等方面具有積極意義。因此有必要深入研究該反應(yīng)體系中的各個(gè)反應(yīng)過(guò)程,并開(kāi)發(fā)高效的功能材料,為其未來(lái)的工業(yè)應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本文首先基于吉布斯自由能最小化方法對(duì)反應(yīng)體系中不同反應(yīng)溫度、壓力、S/C比例下的產(chǎn)物進(jìn)行了熱力學(xué)平衡態(tài)計(jì)算與分析,深入研究了CaO基CO_2吸附材料的存在對(duì)傳統(tǒng)制氫反應(yīng)體系的影響規(guī)律,并進(jìn)一步對(duì)SESMR反應(yīng)條件進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化,這為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究提供了理論指導(dǎo)。其次,本文對(duì)常用Ni基催化劑與Cu基載氧體在實(shí)際反應(yīng)中的兼容性進(jìn)行了首次的實(shí)驗(yàn)研究與報(bào)道。采用共沉淀法、溶膠凝膠法與濕混合法制備了高銅含量的NiO/CuO復(fù)合材料,并通過(guò)固定床反應(yīng)器測(cè)試了其催化活性。結(jié)果表明,NiO/CuO材料間存在較強(qiáng)的相互作用,會(huì)極大降低Ni的重整催化活性,且即使CuO含量降低至1 wt.%時(shí),其存在同樣會(huì)對(duì)Ni/Cu復(fù)合材料產(chǎn)生負(fù)面影響,從而使Ni基材料的催化活性隨著CuO含量增加或者樣品制備煅燒溫度升高而急劇下降。通過(guò)一系列表征技術(shù)的運(yùn)用(SEM-EDS,TEM,BET,XRD,TPR和XPS),進(jìn)一步研究和分析了NiO和CuO之間的相互作用規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上提出了其相互作用的機(jī)制模型。此外,針對(duì)該現(xiàn)象提出了載氧體與催化劑的顆粒直接混合方案,以避免CuO和NiO緊密接觸對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響。經(jīng)活性測(cè)試,采用這種方案的催化劑可以表現(xiàn)出優(yōu)越的的重整催化性能,同時(shí)不影響各材料在鈣銅耦合制氫技術(shù)中的功能表達(dá)。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ116.2
【部分圖文】：

學(xué)碩士學(xué)位論文 移動(dòng)，氫氣的反應(yīng)熱力學(xué)平衡濃度大大提高。如圖 1.1 所示，在相同的條件下，傳統(tǒng) SMR 需要溫度達(dá)到 800°C，H2才升到最高值 76%，而00°C 即可達(dá)到 95%的氫氣濃度�？偟膩�(lái)說(shuō)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）水汽變換反應(yīng)耦合在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，簡(jiǎn)化了提純步驟；（2）重整程而水汽變換反應(yīng)和氧化鈣吸附反應(yīng)都是放熱過(guò)程，這兩個(gè)吸熱過(guò)過(guò)程提供熱量，大大降低了反應(yīng)溫度與系統(tǒng)能耗；（3）甲烷轉(zhuǎn)換率可以達(dá)到 95%；（4）由于反應(yīng)正向移動(dòng)，產(chǎn)氣中的 CO 濃度降低夠收集并儲(chǔ)存。

學(xué)碩士學(xué)位論文 分解，應(yīng)盡量低溫高壓。由于這個(gè)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，不需額外提供進(jìn)行；（3）碳酸鈣煅燒過(guò)程和 CuO 與燃料氣體的還原反應(yīng)（式 1.CuO 還原放熱為煅燒提供了大部分熱量。2 O 2CuO0298K H = 3 11.6kJ / mol2 2 4CuO 4Cu + CO +2H O0298K H = 1 79.4kJ / mol

O3載體Ni基催化劑對(duì)比，結(jié)果如圖1.3[20]所示，Ni/A12O3催化劑活性雖然最高，但經(jīng)過(guò)10h反應(yīng)后甲烷轉(zhuǎn)換率由58%跌至50%，下降趨勢(shì)依舊保持。而Ni/Ce-ZrO2（Ce/Zr=3/1）最佳，基本維持了50%甲烷轉(zhuǎn)換率。通過(guò)TPO表征發(fā)現(xiàn)Ce-ZrO2具有良好的抗積碳性能，所以有著更好的穩(wěn)定性。圖1.3 不同Ni基催化劑甲烷轉(zhuǎn)換率（T=900°C，S/C=1）[20]Figure 1.3 Methane conversion of various Ni-based catalysts. (T=900°C，S/C=1)[20]Wan 等 人[21]基 于 SBA-15 載 體 制 備 了 Ni 基 催 化 劑
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2893446