發(fā)布時(shí)間：2020-05-05 03:50

【摘要】：氫氣作為一種高效優(yōu)質(zhì)的清潔能源,在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占有重要地位。現(xiàn)階段工業(yè)制氫的主要途徑是甲烷水蒸氣重整,Ni基催化劑是最為常用的催化劑。甲烷水蒸氣重整雖然已經(jīng)工業(yè)化運(yùn)用,但目前甲烷水蒸氣重整仍面臨著反應(yīng)溫度高,催化劑易積碳失活、穩(wěn)定性差等問(wèn)題。近年來(lái)電催化重整工藝受到一些關(guān)注,已被證實(shí)電催化工藝在生物油重整制氫及生物質(zhì)焦油轉(zhuǎn)化方面有著提升催化轉(zhuǎn)化效率、抑制催化劑積碳等良好的效果,但該工藝在甲烷水蒸氣重整領(lǐng)域未見(jiàn)報(bào)道,基于此本論文期望通過(guò)工藝改進(jìn)的方式來(lái)解決目前甲烷水蒸氣重整所存在的問(wèn)題。論文首先使用常規(guī)Ni/γ-Al2O3及其MgO、CaO改性的催化劑,對(duì)“電催化”方法在甲烷水蒸氣重整過(guò)程中的有效性開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)。制備了 Ni/y-Al2O3、Ni-MgO/y-Al203和Ni-CaO/γ-Al2O3催化劑,考察了在不同工況下電流強(qiáng)度對(duì)甲烷水蒸氣重整CH4轉(zhuǎn)化率、H2產(chǎn)率、CO選擇性的影響,結(jié)果表明電流的引入能夠提升CH4轉(zhuǎn)化率、增加H2產(chǎn)率,尤其在低溫下電流的促進(jìn)作用顯著。在三種常規(guī)催化劑中,Ni-CaO/y-Al2O3催化效果最佳,在電流為4.5A、水碳比(S/C,水蒸氣與甲烷的摩爾比)為3、重整溫度為700℃時(shí),CH4轉(zhuǎn)化率就高達(dá)95%以上。對(duì)催化劑進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試表明,電流的通入還能顯著提高催化劑的穩(wěn)定性,延緩催化劑的積碳失活。為討論電流在甲烷水蒸氣重整過(guò)程中所起到的作用,對(duì)穩(wěn)定性測(cè)試后的催化劑進(jìn)行分析表征,發(fā)現(xiàn)電流的通入提升了催化劑中NiO的還原程度,增加催化效率;同時(shí)還能促進(jìn)分子解離,使得催化劑在低溫工況下?lián)碛休^高重整效率。電流的通入也抑制了反應(yīng)過(guò)程中NiCx向石墨碳的轉(zhuǎn)化,延緩了催化劑因積碳覆蓋反應(yīng)活性位點(diǎn)而造成的失活。結(jié)合電催化在甲烷水蒸氣重整中的作用,為進(jìn)一步提升低溫條件下電催化甲烷水蒸氣重整的效率,使用催化劑Ni-CeO2/Al2O3-MgO,考察了電流強(qiáng)度、溫度、S/C對(duì)電催化甲烷水蒸氣重整CH4轉(zhuǎn)化率、H2產(chǎn)率和CO選擇性的影響。改性后的催化劑在4.5A、S/C為3、溫度為600℃的條件下,CH4轉(zhuǎn)化率就能達(dá)到95%以上,且經(jīng)9h穩(wěn)定性測(cè)試催化劑無(wú)明顯失活。將Ni-CeO2/Al2O3-MgO催化劑與Ni/Al2O3和Ni/Al2O3-MgO催化劑進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn),并將對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行表征分析,對(duì)比發(fā)現(xiàn)電催化作用下Ni-CeO2/Al2O3-MgO催化劑在低溫?fù)碛休^高重整效率及良好穩(wěn)定性是催化劑自身性質(zhì)與電催化相結(jié)合的結(jié)果。本論文為解決甲烷水蒸氣重整工藝現(xiàn)階段存在的問(wèn)題提供了一種新的方法和思路,為后續(xù)相關(guān)研究提供理論指導(dǎo)。
【圖文】：

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本文編號(hào)：2649493