發(fā)布時間：2020-10-19 20:55

　　 CO_2是導致全球氣候變暖和極端天氣頻發(fā)等生態(tài)安全問題的主要原因之一。催化重整CO_2技術(CO_2+CH_4→2CO+2H_2)不僅能有效利用CO_2資源、減少碳排放,且產物合成氣(CO+H_2)可用于合成醇類、烯烴類等諸多產品。目前,研制高效、穩(wěn)定、使用壽命長的催化劑是該技術核心所在。本研究采用熱回流-共沉淀法制備了堿性強的Ni-Mg-Al和儲氧強的Ni-Ce-Al兩種催化體系,探討MgO和CeO_2兩種不同類型助劑如何影響CO_2重整過程和積碳生成過程。研究Ni-Mg-Al催化重整CO_2-沼氣時發(fā)現,沼氣中O_2會氧化活性中心Ni造成催化劑嚴重失活,故若將沼氣應用于重整CO_2技術須除氧。重整CO_2-除氧沼氣活性評價結果顯示摻雜10mol%MgO的NM_(10)A催化性能最佳,CO_2、CH_4轉化率均穩(wěn)定在85%左右。原位XRD和H_2-TPR顯示該催化劑含有堿性的MgO和MgAl_2O_4,且金屬-載體作用力強無游離NiO。CO_2-TPD、TEM和TGA結果表明NM_(10)A具有最強堿性和最少積碳。分析以上表征結果得出:添加堿土金屬氧化物MgO助劑主要通過增強催化劑堿性加強對CO_2的吸附活化,產生更多氧物種加快積碳的氧化消釋。含Mg催化劑中還形成了一種具有表面缺陷和儲放氧功能的微量復合氧化物,為更詳細研究催化劑儲放氧性能對催化活性和積碳的影響,選用具有獨特氧化還原特性、強儲放氧能力的稀土金屬氧化物CeO_2改性Ni-Al催化體系。研究Ni-Ce-Al催化重整CO_2-天然氣時發(fā)現,摻雜10mol%Ni的Ni_(10)CeAl催化性能最優(yōu),CO_2、CH_4轉化率也穩(wěn)定在85%左右。原位XRD和H_2-TPR顯示該催化劑中多種Ce氧化物(CeO_2、Ce_2O_3和CeAlO_3)共存。TEM和TGA結果表明反應后Ni_(10)CeAl中含有少量無定性碳和絲狀纖維碳而未發(fā)現石墨型碳,前兩者對催化活性影響不大而石墨型碳是導致催化劑因積碳失活的主要原因。分析以上表征結果得出:含Ce催化劑中CeO_2、Ce_2O_3和CeAlO_3共存不僅使得催化劑表面產生氧空位,具有強儲放氧能力加快消耗碳物質,且能抑制石墨型碳產生從而有效防止了催化劑的失活。
【學位單位】：武漢科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TE665.3
【部分圖文】：

本實驗在自制垂直固定研究，其中反應器是長 600mm圖2.2表2.1 Agilent 7890A編號Col 1Col 2Col 3Col 4Col 5武漢科技大學碩士學位論文13帶有加熱冷凝回流裝置的圓底燒瓶中，在600 rpm再將混合液用去離子水洗滌多次至上清液pH為7以得到沉淀物并將其放置在真空干燥箱中干燥oC高溫下煅燒2h。最后將煅燒后樣品壓片氧化物混合物，即為所需催化劑。該催化劑0、5、10、20和30mol%，10A、NM20A和NM30A。垂直固定床反應爐上進行催化劑活性測試以及其他相關實驗、內徑 8mm 的石英管，裝置示意圖2二氧化碳重整反應活性評價裝置示意圖氣相色譜儀所用色譜柱信息名稱 規(guī)格Hayesep THayesep QMolsieve 13XHayesep QMolsieve 5A0.5 m × 3.175 mm，0.5 m × 3.175 mm，1.5 m × 3.175 mm，1.0 m × 3.175 mm

武漢科技大學碩士學位論文14圖2.3 Agilent 7890A氣相色譜儀內部色譜柱連接示意圖本實驗裝置主要包括以下四個系統：進氣控制系統、固定床反應系統、冷凝系統和氣體在線分析系統。進氣控制系統主要由各種氣瓶、閥門、氣體混合罐、氣體質量流量計和控制面板組成。固定床反應系統主要由石英反應管、管式加熱爐、熱電偶和溫控裝置構成。冷凝系統是采用 10oC 冷凝液循環(huán)冷卻氣體產物中水汽以防影響 GC 分析。氣體在線分析是利用包含兩個 TCD 檢測器和一個 FID檢測器的 Agilent 7890A 氣相色譜儀進行進出口氣體成分對比分析，所使用的色譜柱名稱以及連接情況[60]如表 2.1 和圖 2.3 所示�；钚栽u價實驗具體操作步驟如下：首先稱取 50mg 40~60 目 Ni-Mg-Al 氧化物混合物裝入石英管反應器，床層位置以在加熱爐中心附近為宜，并在催化劑上下兩端墊上少量石英棉以防其在反應過程中掉落，將一個裝有熱電偶的頂端開口底部閉口的石英套管置于催化劑床層中心以準確顯示反應區(qū)溫度，隨之在氣密性檢查完成后以 200ml/min 流速通入 N2吹掃 10 min 以排盡反應管內部殘留氣體雜質。隨后停止通入 N2，以 200ml/min 流速通入 3.5% H2/N2，同時以 10oC/min 升溫速率將催化劑床層溫度升至 850oC，并維持該溫度 2h。隨后將進氣切換成 N2

-天然氣重整反應過程中有積碳產生并吸附積累在催化劑表面但具體積碳量和積碳類型需進一步分析研究。圖4.9 Ni10CeAl催化劑在750°C反應60h后TGA-DTG分析結果在 25~1000°C 溫度范圍內對該催化劑進行 TGA-DTG 表征分析以深入探討Ni10CeAl 催化劑在 750oC 高溫反應 60h 后的積碳行為，結果如圖 4.9 所示。
【參考文獻】

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本文編號：2847715