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生物沼气催化重整制合成气新型催化剂制备及性能研究

作　者: 郎宝
导　师: 季生福
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 生物沼气 合成气 SBA-15 镍基催化剂 金属基整体式催化剂
分类号: TE665.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 88次
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内容摘要


农作物秸秆等生物质经厌氧发酵可以产生CH4和CO2体积比约2:1的生物沼气。以这样的生物沼气和适量氧气作为原料气,将其催化重整,既可以从生物质制取合成气,也可以较少CO2的排放,这对于农作物秸秆等生物质能源开发利用和CO2减排都具有重要的意义。实施这种方法的关键在于开发一种具有优异催化性能的催化剂。本研究以SBA-15为载体,用浸渍法制备了Ni含量为5-15（wt）%的Ni/SBA-15颗粒催化剂。为了提高催化性能,本研究又采用碱土金属（Mg,Ca,Sr）、稀土金属（La,Ce）对它进行改性。为了强化传热性能,本究研还在颗粒催化剂的基础上,以FeCrAl合金薄片为金属基体,制备了Ni/SBA-15/Al2O3/FeCrAl和M/Ni/SBA-15/Al2O3/FeCrAl（M=La、Mg、Ce）催化剂。最后,在常压固定床反应器上评价了催化剂的性能,并采用XRD、H2-TPR、BET、XPS、TEM进行了结构表征。评价结果表明,12.5wt%Ni/SBA-15催化剂的性能最好。在反应温度850℃、V（CH4）:V（CO2）:V（O2）=2:1:0.57、空速24642 ml gcat-1h-1的条件下,12.5%Ni/SBA-15催化剂上甲烷和二氧化碳的转化率分别为97%和88%左右,反应产物的H2/CO约为1.26。改性后催化剂的性能不同于改性前,采用2.5wt%La改性后催化剂的性能最好,在850℃度下催化剂的CH4和CO2转化率分别高达97.7%和93.8%,并且该催化剂在850℃高温下连续反应820 h后没有发现失活现象。12.5wt%Ni/SBA-15/Al2O3/FeCrAl催化剂上的CH4和CO2转化率分别为97.5%和93.1%;改性后催化剂的性能得到提高,经10.0%Mg改性后的催化性能最好,低温下改性效果明显,850℃下变化不明显,其CH4和CO2转化率分别为97.9%和93.8%。表征结果显示:对于Ni/SBA-15催化剂,SBA-15的有序孔结构依然存在,活性组分Ni被插入在了介孔分子筛SBA-15的孔中。La、Mg或Ce的改性能提高催化剂表面的镍元素百分含量,改善催化剂的还原能力,提高了活性组分的分散性,抑制积炭的生成从而提高了催化剂的活性。Ni/SBA-15/Al2O3/FeCrAl金属基载体表面活性组分分散性较好,且与载体有着适中的相互作用力。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-16
第一章 文献综述  16-28
  1.1 引言  16-17
    1.1.1 我国农业废弃物的现状  16
    1.1.2 生物沼气的利用  16
    1.1.3 合成气的利用  16-17
  1.2 生物沼气催化转化制合成气  17-19
    1.2.1 甲烷部分氧化  17-18
    1.2.2 甲烷二氧化碳重整反应  18
    1.2.3 生物沼气重整制备合成气反应  18-19
  1.3 生物沼气重整制备合成气的研究  19-24
    1.3.1 甲烷重整制合成气催化剂的研究  19-22
    1.3.2 生物沼气重整制合成气催化剂的研究  22-24
  1.4 整体式结构化催化剂  24-26
    1.4.1 整体式催化剂概述  24-25
    1.4.2 传统的催化剂与整体式催化剂的比较  25
    1.4.3 整体式催化剂的载体  25-26
    1.4.4 金属基整体式催化剂  26
  1.5 本论文主要研究内容  26-28
第二章 实验部分  28-36
  2.1 实验原料及设备  28-29
    2.1.1 实验原料  28-29
    2.1.2 实验设备  29
  2.2 气相色谱校正因子的测定  29-30
  2.3 催化剂的制备  30-32
    2.3.1 分子筛的合成  30
    2.3.2 Ni/SBA-15催化剂的制备  30-31
    2.3.3 Ni/M/SBA-15催化剂的制备  31
    2.3.4 金属基结构化催化剂的制备  31-32
  2.4 催化剂活性的评价  32-34
    2.4.1 催化剂活性评价条件  32-33
    2.4.2 催化剂活性数据处理计算公式  33-34
  2.5 催化剂的表征  34-36
    2.5.1 XRD表征  34
    2.5.2 H_2-TPR表征  34
    2.5.3 BET表征  34
    2.5.4 TEM表征  34
    2.5.5 XPS表征  34-36
第三章 Ni/SBA-15催化剂的催化性能及结构特征  36-48
  3.1 Ni/SBA-15催化剂的催化活性  36-41
    3.1.1 镍含量对Ni/SBA-15催化剂活性的影响  36-38
    3.1.2 空速对Ni/SBA-15催化剂活性的影响  38-40
    3.1.3 原料气组成对Ni/SBA-15催化剂活性的影响  40-41
  3.2 Ni/SBA-15催化剂的结构表征  41-46
    3.2.1 Ni/SBA-15催化剂XRD表征结果  41-43
    3.2.2 Ni/SBA-15催化剂H_2-TPR表征结果  43-44
    3.2.3 Ni/SBA-15催化剂TEM表征结果  44-45
    3.2.4 Ni/SBA-15催化剂BET表征结果  45-46
  3.3 小结  46-48
第四章 M/Ni/SBA-15催化剂的性能及结构表征  48-77
  4.1 M/Ni/SBA-15(M=La、Ce、Mg、Ca、Sr)催化剂的催化活性  48-50
  4.2 不同La的添加量对12.5%Ni/SBA-15催化剂的催化活性的影响  50-65
    4.2.1 La/12.5%Ni/SBA-15催化剂的催化活性  50-51
    4.2.2 2.5%La/12.5%Ni/SBA-15催化剂的稳定性  51-52
    4.2.3 12.5%Ni/La/SBA-15催化剂的结构特征  52-57
    4.2.4 催化剂反应前后结构特征讨论  57-65
  4.3 不同Ce的添加量对12.5%Ni/SBA-15催化剂的催化活性的影响  65-71
    4.3.1 Ce/12.5%Ni/SBA-15催化剂的催化活性  65-66
    4.3.2 Ce/12.5%Ni/SBA-15催化剂的结构特征  66-71
  4.4 不同Mg的添加量对12.5%Ni/SBA-15催化剂的催化活性的影响  71-75
    4.4.1 Mg/12.5%Ni/SBA-15催化剂的催化活性  71-73
    4.4.2 Mg/12.5%Ni/SBA-15催化剂的结构特征  73-75
  4.5 小结  75-77
第五章 金属基整体式催化剂的性能及结构特征  77-89
  5.1 Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化剂的催化性能及结构特征  77-83
    5.1.1 镍含量对Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化剂活性的影响  77-79
    5.1.2 空速对Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化剂活性的影响  79-80
    5.1.3 原料气组成对Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化剂活性的影响  80
    5.1.4 Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化剂的结构特征  80-83
  5.2 La/12.5%Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化剂的催化性能  83-85
  5.3 Ce/12.5%Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化剂的催化性能  85-86
  5.4 Mg/12.5%Ni/SBA-15/Al_2O_3/FeCrAl催化剂的催化性能  86-88
  5.5 小结  88-89
第六章 结论与展望  89-91
参考文献  91-97
致谢  97-98
研究成果及发表的学术论文  98-99
作者和导师简介  99

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油、天然气加工工业 > 人造石油 > 合成石油 > 合成气的制取与净化
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