粉末模压法镍催化剂制备及其在甲烷部分氧化制合成气反应的应用

【摘要】：天然气制合成气生产工艺的改进和开发是天然气化工领域重要的研究课题。近年来,甲烷部分氧化反应制合成气生产工艺因其具有能耗低、H_2和CO选择性高、产物H_2/CO比值接近于2等优点而引起人们的广泛的重视。 镍基催化剂因其具有与贵金属催化剂相当的催化活性而引起广大研究工作者的注意。负载型镍基催化剂在反应条件下,存在活性组份易烧结、易流失等缺陷。 本文采用粉末模压法制备金属催化剂,在镍粉中加入聚四氟乙烯(PTFE)分散液达到造孔的目的,经过冷压成型、烧结等步骤,制备了粉末模压法镍催化剂,并研究了催化剂的制备及其影响因素。 采用粉末模压法制备催化剂具有以下优点:⑴通过改变PTFE含量和调节冷压成型压力,以及控制粉末的粒度,可以改善催化剂的孔结构和比表面积等催化剂宏观物性;⑵粉末模压法可以制备以活性组份为主体的金属催化剂,有效解决催化剂活性组份流失问题。 助剂Cu的添加可有效改善甲烷部分氧化反应中H2的脱附性能,提高了H2选择性。考察了CH_4/O_2配比、反应温度、空速等工艺条件对粉末模压法Ni-Cu催化剂的影响,并对催化剂进行了表征,为进一步改善催化剂制备工艺提供依据。 粉末模压法Ni-Cu催化剂在甲烷部分氧化制合成气反应中具有较好的催化活性。催化剂制备的适宜条件为:PTFE添加量为5wt%、成型压力2000Mpa、烧结温度为420℃(1h)和1000℃(2h),Cu的适宜添加量为6wt%。实验得到优化的工艺条件为:原料气中CH_4/O_2配比2.0、反应温度950℃、空速为1.4×105h-1。在此条件下进行的催化剂性能评价得到的反应结果为:CH_4转化率为90.1%,H2和CO选择性分别为87.3%和87.9%,产物中H_2/CO比为1.98。 【关键词】：粉末模压法 镍催化剂 甲烷 部分氧化 合成气
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TQ426.6;TE665.3
【目录】：

• 第一章 文献综述8-20
• 1.1 前言8
• 1.2 甲烷部分氧化制合成气的研究意义8-11
• 1.3 甲烷部分氧化反应催化剂研究现状11-14
• 1.3.1 金属活性组份11
• 1.3.2 Ni 基催化剂11-12
• 1.3.3 催化剂制备方法12-13
• 1.3.4 助剂的添加13-14
• 1.4 甲烷部分氧化的反应机理14-16
• 1.4.1 燃烧-重整机理14-15
• 1.4.2 直接氧化机理15-16
• 1.5 非负载型金属催化剂的制备16-18
• 1.5.1 非负载型金属催化剂16-17
• 1.5.2 粉末模压法制备金属催化剂17-18
• 1.6 课题研究的内容与意义18-20
• 第二章 实验部分20-29
• 2.1 实验原料及规格20
• 2.2 采用粉末模压法制备催化剂20-22
• 2.2.1 分散混合21
• 2.2.2 冷压成型21-22
• 2.2.3 烧结22
• 2.3 催化剂活性评价22-27
• 2.3.1 实验流程和反应器22-24
• 2.3.2 分析方法24-27
• 2.4 催化剂物性表征27-29
• 2.4.1 粒度分析27
• 2.4.2 比表面测定27
• 2.4.3 XRD 测定27
• 2.4.4 环境扫描电子显微镜(ESEM)表征27
• 2.4.5 程序升温脱附TPD 测定27-29
• 第三章 粉末模压法镍催化剂制备及影响因素的研究29-39
• 3.1 前言29
• 3.2 催化剂制备29-34
• 3.2.1 镍粉原料粒度29-30
• 3.2.2 PTFE 添加量对反应性能的影响30-31
• 3.2.3 PTFE 添加量对催化剂比表面积的影响31-32
• 3.2.4 成型压力的影响32-33
• 3.2.5 烧结条件33-34
• 3.3 粉末模压法镍催化剂表征34-37
• 3.3.1 XRD 表征34-35
• 3.3.2 形貌和表面组成分析35-37
• 3.4 催化剂活性评价结果37-38
• 3.5 小结38-39
• 第四章 粉末模压法多元金属催化剂的制备39-48
• 4.1 前言39
• 4.2 粉末模压法多元金属催化剂的制备39-42
• 4.2.1 助剂的选择39-40
• 4.2.2 Cu 添加量对反应性能的影响40-41
• 4.2.3 铜粉原料粒度分析41-42
• 4.3 形貌和表面组成分析42-44
• 4.4 Cu 的添加对H_2、CO 选择性的影响44-46
• 4.4.1 Cu 的添加对H_2 脱附性能的影响44-45
• 4.4.2 Cu 的添加对CO 脱附性能的影响45-46
• 4.4.3 粉末模压法Ni-Cu 催化剂活性评价结果46
• 4.5 小结46-48
• 第五章 粉末模压法Ni-Cu 催化剂上甲烷部分氧化反应研究48-53
• 5.1 前言48
• 5.2 催化剂活性评价48-51
• 5.2.1 CH_4/O_2 配比的影响48-49
• 5.2.2 反应温度的影响49-50
• 5.2.3 空速的影响50-51
• 5.3 反应稳定性实验51-52
• 5.4 小结52-53
• 第六章 结论53-54
• 参考文献54-58
• 附录一 TPD 空白实验58-59
• 附录二 标准合成气气相色谱图59-60
• 致谢60

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