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文檔簡介
1、由溫室效應(yīng)帶來的劇烈的氣候變化已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注,如何減少溫室氣體的排放吸引了大眾視線,甲烷二氧化碳重整反應(yīng)能將這兩種溫室氣體同時轉(zhuǎn)化為氫氣一氧化碳合成氣,有利于下一步的工業(yè)合成。該反應(yīng)不僅減弱了溫室效應(yīng)的影響,還能提供大量化工產(chǎn)品,具有相當可觀的環(huán)境和經(jīng)濟效益。鑒于催化劑積碳所造成的失活,該過程在工業(yè)上廣泛應(yīng)用有一定的困難,開發(fā)抗積碳的穩(wěn)定催化劑引起了廣泛的關(guān)注。本文以自主研制的鎳鈷雙金屬催化劑作為研究對象,對制備條件、還原條件以及
2、反應(yīng)條件對催化劑催化甲烷二氧化碳重整合成氣反應(yīng)的影響進行了分析研究。
本實驗采用沉淀法制備了不同煅燒溫度下的Ni-Co/A1MgOx催化劑,使用XRD、TPR等表征技術(shù)分析催化劑的結(jié)構(gòu)及還原能力,發(fā)現(xiàn)煅燒溫度對催化劑的結(jié)構(gòu)有顯著的影響,隨著煅燒溫度的增加,金屬組分和載體之間的相互作用增強,由鎳鈷氧化物開始轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩Y(jié)構(gòu),但同時其顆粒度也會有所增加,適宜的煅燒溫度既能使更多的活性組分被還原,也能維持穩(wěn)定的甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng),實驗結(jié)果
3、表明煅燒溫度為800℃時催化劑具有良好的特性。
為了研究還原條件對催化劑性能的影響,分別改變還原時間、還原溫度、還原方式等,開展了催化劑活性實驗研究。實驗研究發(fā)現(xiàn),程序升溫還原相比于等溫還原,催化劑更穩(wěn)定、活性更好;還原溫度會影響催化劑活性組分和載體的性質(zhì),進一步影響兩者之間的相互作用,還原溫度低,部分活性組分未還原,活性低,而還原溫度過高會引起活性組分的聚集,使分散度降低,活性減弱。還原時間同樣會影響催化劑的還原效果,一個適
4、宜的還原時間不僅能提高活性組分的分散度,還能增加活性組分的穩(wěn)定性。
為了進一步提高甲烷、二氧化碳的轉(zhuǎn)化活性和穩(wěn)定性,考察了反應(yīng)條件變化與重整反應(yīng)性能之間的相關(guān)關(guān)系,包括催化劑粒徑、空速、反應(yīng)溫度、原料氣比例、穩(wěn)定性及再生性等。實驗結(jié)果顯示,催化劑粒徑的分布在一定程度上會影響催化劑表面活性物種的擴散,進而影響催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性;當催化劑固定時,進口流速越大,意味著單位時間流過催化劑的反應(yīng)物越多,在床層的停留時間越短,
5、反應(yīng)越不充分,所以在一定程度上降低空速有利于提高轉(zhuǎn)化率,但當空速過低時,要達到相同的處理量就要增加催化劑的用量,對于固定的反應(yīng)裝置,有一定的體積局限性,所以需要根據(jù)設(shè)備和所要達到的轉(zhuǎn)化率合理的選擇空速。甲烷二氧化碳重整反應(yīng)為強吸熱反應(yīng),溫度越高,越有利于反應(yīng)的進行,但是溫度升高,同樣會引起副反應(yīng)的增加,因此,在增加轉(zhuǎn)化率的基礎(chǔ)上要控制副反應(yīng)的發(fā)生,需要選擇一個合適的反應(yīng)溫度;增加反應(yīng)物濃度時,反應(yīng)有利于向減小該反應(yīng)物濃度的方向發(fā)展,所以
6、當增加甲烷的濃度時,反應(yīng)會向正反應(yīng)方向進行,二氧化碳消耗增加,轉(zhuǎn)化率升高,但對于甲烷來講,濃度是在升高的,反應(yīng)平衡的移動不能很好地削弱這種影響,與舊體系相比,濃度還是增加的,所以甲烷的轉(zhuǎn)化率會降低,反之亦然。
本研究還初步探究了還原性氣氛對催化劑再生的可行性,實驗證明,經(jīng)還原氣氛處理后,催化劑活性得到一定程度的改善。
該催化劑在長期的活性測試實驗中有卓越的表現(xiàn),長達180h內(nèi)沒有觀察到明顯的失活現(xiàn)象,仍保持高活性和良
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