氫氣是一種良好的能源載體,它在燃料電池和內(nèi)燃機(jī)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前天然氣水蒸氣重整制氫技術(shù)成熟,產(chǎn)氫量占全世界氫消耗量的48%左右。然而,該過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的碳氧化物,通常伴隨著復(fù)雜的水煤氣變換、分離和純化步驟,而且副產(chǎn)二氧化碳。催化甲烷裂解可聯(lián)產(chǎn)無(wú)碳氧化物的氫和有價(jià)值的炭材料(如碳納米管和炭纖維),是發(fā)展低碳、生態(tài)友好型氫經(jīng)濟(jì)的潛在路徑。然而,使用傳統(tǒng)金屬和/或炭催化劑仍存在一些問(wèn)題與挑戰(zhàn)。因此,有必要進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)適宜的催化劑以推動(dòng)催化甲烷裂解制氫工藝的商業(yè)化進(jìn)程。而煤氣化是國(guó)內(nèi)大規(guī)模工業(yè)化制備合成氣(或氫氣)的主要方式。基于上述背景,本文設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了一種煤焦選擇性氣化與甲烷裂解制氫的兩段工藝,通過(guò)調(diào)控煤焦氣化余渣的性質(zhì),強(qiáng)化與提高了氣化余渣在甲烷裂解反應(yīng)中的催化活性與穩(wěn)定性。首先,在煤焦的氣化工藝中引入適量的鎳和/或鈰組分,通過(guò)調(diào)控氣化工藝操作條件、利用氣化過(guò)程中的碳熱還原可原位形成分散度較高的Ni微晶,促進(jìn)氣化反應(yīng)速率,實(shí)現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)富氫氣體和具有較大比表面積(217-265 m~2/g)的氣化余渣(表示為Ni/C雜化物)。當(dāng)將這種Ni/C雜化物用作催化甲烷裂解的催化劑時(shí),可獲得較高活性(在850℃下甲烷轉(zhuǎn)化率高達(dá)約90%)、高穩(wěn)定(600 min反應(yīng)時(shí)間內(nèi)催化劑活性未出現(xiàn)降低趨勢(shì))的優(yōu)異效果,同時(shí)有助于纖維狀積碳的形成和生長(zhǎng)。在此基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種催化甲烷裂解制氫的高效鎳基催化劑的制備方法,即通過(guò)在煤焦的部分水蒸氣氣化反應(yīng)中引入一定添加量的鎳和K_2CO_3,利用氣化過(guò)程中的碳熱還原反應(yīng)和K_2CO_3的活化作用,原位合成了高還原度的鎳微晶(Ni~0/(Ni~0+Ni~(2+))比值高達(dá)76%-81%)。氣化過(guò)程中同樣能夠聯(lián)產(chǎn)富氫氣體和具有大比表面積的Ni/C雜化物(洗去殘留的鉀鹽后約為86-149 m~2/g)。以氣化殘留物Ni/C雜化物作為催化甲烷裂解制氫的催化劑,在850℃下顯示出高且穩(wěn)定的甲烷轉(zhuǎn)化率(高達(dá)80%-87%)。其中,K_2CO_3對(duì)Ni/C催化劑的形成和活性提高具有積極作用,在600 min的催化甲烷裂解制氫過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了聯(lián)產(chǎn)氫氣和絲狀碳的有益效果。這種將煤焦選擇性氣化和催化甲烷裂解制氫一體化的綜合過(guò)程是實(shí)現(xiàn)工藝強(qiáng)化的一種潛在策略,為研發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、危害小、環(huán)�？沙掷m(xù)的制氫技術(shù)提供了可行性樣本,特別適用于全球大多數(shù)地區(qū)的中小型生產(chǎn)設(shè)施。
【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)】：TQ116.2;TQ546
【部分圖文】：

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文在多孔炭表面上，并且可以發(fā)現(xiàn)碳表面上的一些孔道被引入的金屬顆粒堵同時(shí)由BET結(jié)果可知CC-8Ni和CC-10Ni均顯示出比CC-1更小的比表面積（）和孔容（Vt）。同樣，由于鎳添加量更少，CC-8Ni比CC-10N（iSBET為242 m5 cm3/g）具有更大的比表面積（高達(dá)265 m2/g）和孔容（0.151 cm3/g）。面上大部分Ni粒徑在50-65nm（圖3.6b），而CC-10Ni表面上的Ni具有更大至105 nm）（圖3.6c）。毫無(wú)疑問(wèn)，氣化之前在相同的CC劑量上隨著引入加將導(dǎo)致Ni/C催化劑中Ni顆粒形成較大的聚集體。
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本文編號(hào)：2862644