應用甲烷重整制合成氣,繼而制取一系列化工產(chǎn)品是目前天然氣化工應用中最為廣泛的途徑。目前工業(yè)生產(chǎn)中主要采用甲烷水蒸氣重整工藝制取合成氣,但其具有投資大、能耗高、產(chǎn)物不利于甲醇和F-T合成等缺點。在此背景下,甲烷催化部分氧化方法進入科研人員的視野,其具有投資小、能耗低、反應溫和、效率高、適用于大空速條件、產(chǎn)物完美適用甲醇和F-T合成等優(yōu)點。然而甲烷催化部分氧化工藝同樣存在著諸多技術(shù)難題急需攻克,如非貴金屬催化劑活性較低且易因積碳而失活、反應過程中存在熱點問題易導致催化劑結(jié)焦失活等。本文主要采用過飽和浸漬法制備不同形式的貴金屬Rh基催化劑,通過SEM、XRD和氣相色譜儀等實驗和理論的方法研究了制備所得Rh基催化劑的活性組分分散度、結(jié)構(gòu)、不同工況下的催化活性和選擇活性、恒定溫度和進氣條件下的熱穩(wěn)定性和硫中毒特性,獲得如下主要研究成果:(1)增加活性組分負載量會降低其在載體表面分散度,顆粒狀Rh易使CH4完全氧化,添加La、Ce、Zr、Ti有助于提高Rh在載體表面的分散度,以及提升催化劑的熱穩(wěn)定性,但四種金屬助劑(La、Ce、Zr、Ti)的添加未明顯提升催化劑的抗硫中毒能力。(2)催化劑活性及選擇性隨活性組分Rh含量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,其中0.5Rh催化劑具有最佳活性和合成氣選擇性;隨溫度的升高催化劑的活性及選擇性呈現(xiàn)逐步上升的趨勢,且溫度對活性及選擇性影響較大,750℃時催化劑活性和選擇性最好;CH4轉(zhuǎn)化活性及H2選擇性隨進氣流量的增大而減小,而CO隨進氣流量的增大而增大;隨CH4濃度的增大,催化劑活性及選擇性降低。(3)添加La、Ce、Zr、Ti有利于提高催化劑活性,但具有儲放氧能力的助劑(Ce、Zr、Ti)易將CH4完全氧化成H2O和CO2,會降低催化劑的選擇性,其中3La-0.5Rh、3Ce-0.5Rh、3Zr-0.5Rh和5Ti-0.5Rh表現(xiàn)出良好的催化活性和選擇性,而3Zr-0.5Rh在合成氣CO/H2≈1/2中表現(xiàn)出最佳的催化活性和選擇性。(4)Rh基催化劑催化甲烷部分氧化遵循直接反應機制,反應過程中含有CH4-H2O重整反應和水汽轉(zhuǎn)化反應,但沒有CH4-CO2重整反應。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TE665.3;O643.36
【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 甲烷重整制合成氣的主要途徑
        1.2.1 甲烷水蒸氣重整
        1.2.2 甲烷二氧化碳重整
        1.2.3 甲烷自熱重整
        1.2.4 甲烷三重整
        1.2.5 甲烷部分氧化
    1.3 甲烷部分氧化的研究進展
        1.3.1 活性組分的研究進展
        1.3.2 反應機制的研究進展
        1.3.3 載體研究進展
        1.3.4 反應器的研究進展
    1.4 目前研究的不足和本文主要研究內(nèi)容
2 催化劑制備及評價系統(tǒng)與方法
    2.1 實驗主要原料及設備
    2.2 載體及催化劑的制備
        2.2.1 堇青石蜂窩陶瓷的預處理
        2.2.2 活性氧化鋁的制備及涂覆
        2.2.3 修飾粒子的涂覆
        2.2.4 活性組分的涂覆
    2.3 催化劑性能評價系統(tǒng)及方法
        2.3.1 催化劑反應性能評價系統(tǒng)
        2.3.2 催化劑表面SEM分析
        2.3.3 催化劑的XRD分析
    2.4 氣相色譜儀的標定以及尾氣組分計算方法
        2.4.1 氣相色譜儀的標定
        2.4.2 尾氣組分計算方法
    2.5 數(shù)值計算的物理數(shù)學模型和反應機理
3 催催化劑活性和選擇性評價及反應機制分析
    3.1 無助劑銠基催化劑性能評價及反應機制分析
        3.1.1 催化劑的表征
        3.1.2 催化劑負載量和溫度對反應體系的影響
        3.1.3 氣體流速對反應體系的影響及反應機制分析
2O和CO₂對反應體系的影響及反應機制分析'>        3.1.4 H₂O和CO₂對反應體系的影響及反應機制分析
4濃度對反應體系的影響'>        3.1.5 CH₄濃度對反應體系的影響
    3.2 添加助劑對催化劑性能的影響
        3.2.1 不同鑭含量對反應體系的影響
        3.2.2 不同鈰含量對反應體系的影響
        3.2.3 不同鋯含量對反應體系的影響
        3.2.4 不同鈦含量對反應體系的影響
    3.3 小結(jié)
4 催化劑的穩(wěn)定性和硫中毒測試
    4.1 催化劑的壽命測試
    4.2 催化劑硫中毒測試
    4.3 小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 本文主要結(jié)論
    5.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻

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本文編號：2848906