甲烷化學(xué)鏈技術(shù)通過(guò)氧載體的循環(huán)與氧傳遞,能夠?qū)鹘y(tǒng)的氣體共進(jìn)料CH_4-CO_2重整或CH_4-O_2部分氧化解耦為在不同時(shí)間或不同空間進(jìn)行的兩個(gè)子反應(yīng),極大地有利于反應(yīng)過(guò)程的調(diào)控:以氧載體中的晶格氧代替氣相氧與CH_4反應(yīng),可直接獲得氫碳比為2的合成氣,且可以避免昂貴的純氧的使用,當(dāng)以CO_2為氧化劑時(shí)還可兼得CO。本論文主要從甲烷化學(xué)鏈反應(yīng)過(guò)程的調(diào)控和氧載體的優(yōu)化設(shè)計(jì)兩方面展開(kāi)研究,具體工作如下:ⅰ)采用兩步法制備了BaFe_3Al_9O_(19)六鋁酸鹽氧載體,通過(guò)改變O_2再生時(shí)間調(diào)變其在甲烷化學(xué)鏈部分氧化(簡(jiǎn)稱(chēng)CLPOx)制合成氣反應(yīng)過(guò)程中的活性和循環(huán)穩(wěn)定性。結(jié)果表明反應(yīng)溫度為900℃時(shí),隨O_2再生時(shí)間的縮短(15→4.2min),CH_4的轉(zhuǎn)化率和CO的選擇性明顯增加;當(dāng)再生時(shí)間為4.2min時(shí),CH_4的轉(zhuǎn)化率為88%,CO的選擇性為88%,沒(méi)有明顯的積碳。通過(guò)系列表征揭示了縮短再生周期對(duì)性能提高的原因:(1)用于活化甲烷完全氧化的Al(1)、Al(2)和Al(3)位點(diǎn)中Fe~(3+)(Fe~1、Fe~2和Fe~3)減少;(2)用于甲烷部分氧化反應(yīng)的Fe~(2+)還原成Fe~0的增加;(3)較短再生時(shí)間(5和4.2min)時(shí)產(chǎn)生的表面未被氧化的Fe~0能夠作為反應(yīng)初期CH_4和CO_2干重整的催化劑,進(jìn)而提高了CO選擇性。ⅱ)采用碳酸銨共沉淀法制備了不同擔(dān)載量的xwt%Pt/CeO_2(x=0,0.1,0.5,1,1.5)氧載體,探究其用于甲烷化學(xué)鏈干重整(簡(jiǎn)稱(chēng)CL-POM-CO_2)制合成氣反應(yīng)過(guò)程中的活性和循環(huán)穩(wěn)定性。結(jié)果表明反應(yīng)溫度為700℃時(shí),隨著Pt含量的增加(0→0.5),CH_4的轉(zhuǎn)化率和合成氣的選擇性明顯增加,繼續(xù)增加Pt的含量(0.5→1.5),其性能差異不大。當(dāng)Pt質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí),性能最優(yōu),CH_4的轉(zhuǎn)化率為77%,CO的選擇性為96%,氫碳比為2,合成氣的產(chǎn)量為4.24mmol/g,CO_2的轉(zhuǎn)化率為97%。通過(guò)系列表征揭示了性能和結(jié)構(gòu)的構(gòu)效關(guān)系:貴金屬Pt以Pt~0狀態(tài)的存在,并未改變鈰基氧載體的結(jié)構(gòu),但使其氧空位發(fā)生了顯著變化,進(jìn)而促進(jìn)了鈰基氧載體的低溫氧化還原活性,而當(dāng)Pt位點(diǎn)暴露過(guò)多時(shí),反應(yīng)過(guò)程因部分Pt顆粒燒結(jié)導(dǎo)致性能差異不大。ⅲ)采用碳酸銨共沉淀法制備了0.5wt%Ni/CeO_2氧載體,采用濕法浸漬制備了8.8wt%Ni/CeO_2氧載體,將其與0.5wt%Pt/CeO_2氧載體在CL-POM-CO_2制合成氣中進(jìn)行了低溫穩(wěn)定性的對(duì)比。結(jié)果表明反應(yīng)溫度為700℃時(shí),Pt、Ni都有利于甲烷的活化作用,但是Ni容易導(dǎo)致甲烷裂解產(chǎn)生積碳,從而生成H_2/CO比遠(yuǎn)大于2的合成氣。為了考察Pt改性的鈰基氧載體中Pt對(duì)CH_4/CO_2這種小分子的活化作用,通過(guò)系列表征初步探索了Pt對(duì)甲烷化學(xué)鏈干重整過(guò)程中的作用機(jī)制:Pt有利于低溫CO_2裂解和合成氣共產(chǎn)的催化作用。
【學(xué)位單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TE665.3
【部分圖文】：

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文技術(shù)的研究進(jìn)展燃燒技術(shù)的燃燒產(chǎn)生的溫室氣體 CO2被認(rèn)為是造成全球變暖和氣候變化的化石燃料燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳排放已成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)[18碳的捕獲和分離技術(shù)，如利用液體堿性溶液(如胺)或固體吸附劑燒和氧燃料燃燒等，以及來(lái)自氣體分離的大量能源損失和高昂成中分離出 CO2，以及從 N2中分離出 O2，產(chǎn)生了重大的損失，降致能源價(jià)格上漲[19-22]。結(jié)合全球能源需求的不斷增長(zhǎng)，并在缺乏究者們發(fā)展了更有效的能源技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行的二氧化碳捕獲和燃燒（Chemical looping combostion，CLC），該過(guò)程如圖 1.1 所

圖 1.2 化學(xué)鏈重整制合成氣示意圖Figure 1.2 Schematic diagram of chemical looping reforming to syngas學(xué)鏈燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步革新提出了甲烷化學(xué)鏈重整技術(shù)forming，CLR），其基本原理就是利用氧載體的晶格氧與甲烷發(fā)生制取合成氣，然后被還原后的氧載體從空氣中（或者 CO2和 H2O）重成循環(huán)。如圖 1.2 所示，具體反應(yīng)方程式如下：on: 2(＞y)42CHMeOHCOMeOxxy on:22221/2MeOHOMeOHMeOCOMeOCOMeOOMeOyxyxyx 化學(xué)鏈重整制合成氣解決了傳統(tǒng)甲烷制合成氣的弊端，得到 H2/CO 比采用 O2為氧化劑，不需要空分裝置，大大降低生產(chǎn)成本，且甲烷和免了爆炸的風(fēng)險(xiǎn)[24-25]；若采用 CO2為氧化劑，在還原階段生成合成

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文循環(huán)技術(shù)作為一種清潔、碳中性的能源，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。用主要用于光伏發(fā)電[32-35]。雖然在光伏發(fā)電方面已取得重大進(jìn)全球能源消耗的不到 20%，其余的能源則固體、液體或氣體燃轉(zhuǎn)化為燃料的新方法為減少工業(yè)和運(yùn)輸部門(mén)的化石燃料消耗有效減少人為二氧化碳的排放。溫和的條件下，光催化裂解水和二氧化碳產(chǎn)生太陽(yáng)能燃料效率效果，這些反應(yīng)具有較高的熱力學(xué)和活化勢(shì)壘，在光催化劑能合和光催化劑穩(wěn)定性等方面面臨挑戰(zhàn)[37-38]。此外，這些過(guò)程的。作為光催化技術(shù)的替代物，太陽(yáng)能-水/二氧化碳裂解顯示出
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 曾亮;鞏金龍;;化學(xué)鏈重整直接制氫技術(shù)進(jìn)展[J];化工學(xué)報(bào);2015年08期

2 華賁;;中國(guó)低碳能源格局中的天然氣[J];天然氣工業(yè);2011年01期

3 童曉光;;大力提高天然氣在能源構(gòu)成中比例的意義和可能性[J];天然氣工業(yè);2010年10期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉偉偉;鐵基六鋁酸鹽氧載體應(yīng)用于甲烷化學(xué)循環(huán)干氣重整反應(yīng)的研究[D];西北大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2887696