發(fā)布時間：2020-11-21 18:52

　　 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)階段氫氣主要通過天然氣重整的方式進行工業(yè)生產(chǎn)。隨著全球能源形勢愈加緊張,環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻,傳統(tǒng)工業(yè)天然氣制氫技術(shù)越來越難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。在此背景下,鈣銅耦合吸附強化甲烷水蒸氣重整制氫技術(shù)應(yīng)運而生,它通過耦合鈣基材料的CO_2吸/脫附及銅基載氧體的氧化/還原兩個循環(huán)過程,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程中的能量自供應(yīng)問題,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)體系中的各個反應(yīng)過程,并開發(fā)高效的功能材料,為其未來的工業(yè)應(yīng)用奠定堅實的理論基礎(chǔ)。本文首先基于吉布斯自由能最小化方法對反應(yīng)體系中不同反應(yīng)溫度、壓力、S/C比例下的產(chǎn)物進行了熱力學(xué)平衡態(tài)計算與分析,深入研究了CaO基CO_2吸附材料的存在對傳統(tǒng)制氫反應(yīng)體系的影響規(guī)律,并進一步對SESMR反應(yīng)條件進行了系統(tǒng)優(yōu)化,這為進一步的實驗研究提供了理論指導(dǎo)。其次,本文對常用Ni基催化劑與Cu基載氧體在實際反應(yīng)中的兼容性進行了首次的實驗研究與報道。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,并通過固定床反應(yīng)器測試了其催化活性。結(jié)果表明,NiO/CuO材料間存在較強的相互作用,會極大降低Ni的重整催化活性,且即使CuO含量降低至1 wt.%時,其存在同樣會對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。通過一系列表征技術(shù)的運用(SEM-EDS,TEM,BET,XRD,TPR和XPS),進一步研究和分析了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制模型。此外,針對該現(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緊密接觸對反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響。經(jīng)活性測試,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,同時不影響各材料在鈣銅耦合制氫技術(shù)中的功能表達。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：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，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 需要溫度達到 800°C，H2才升到最高值 76%，而00°C 即可達到 95%的氫氣濃度。總的來說，有以下幾個優(yōu)點：（1）水汽變換反應(yīng)耦合在同一個反應(yīng)器內(nèi)，簡化了提純步驟；（2）重整程而水汽變換反應(yīng)和氧化鈣吸附反應(yīng)都是放熱過程，這兩個吸熱過過程提供熱量，大大降低了反應(yīng)溫度與系統(tǒng)能耗；（3）甲烷轉(zhuǎn)換率可以達到 95%；（4）由于反應(yīng)正向移動，產(chǎn)氣中的 CO 濃度降低夠收集并儲存。

學(xué)碩士學(xué)位論文 分解，應(yīng)盡量低溫高壓。由于這個反應(yīng)是放熱反應(yīng)，不需額外提供進行；（3）碳酸鈣煅燒過程和 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10h反應(yīng)后甲烷轉(zhuǎn)換率由58%跌至50%，下降趨勢依舊保持。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】

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1 張帆;吳素芳;;水熱沉淀法制備Ni-CaO/Al_2O_3復(fù)合催化劑工藝條件的考察[J];化學(xué)反應(yīng)工程與工藝;2014年05期

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本文編號：2893446