Ni基催化剂的制备与甲烷二氧化碳重整制合成气的研究

论文摘要

利用甲烷和二氧化碳两种“温室气体”催化重整制取CO和H2合成气是近几年来颇受关注的课题。甲烷二氧化碳重整可以制备低H2/CO比的合成气（≦1）,而低H2/CO比的合成气更适合生产如甲醛、聚碳酸脂,乙醇等化工原料。虽然甲烷二氧化碳重整具有环境和经济上的诸多优势,但工业上基于此重整反应的生产并不多。从经济角度考虑,镍基催化剂是最常用的催化剂,但甲烷二氧化碳重整反应工业化的主要障碍之一是镍基催化剂的积碳问题。本文采用溶胶-凝胶法制取了一种新型催化剂:La2NiO4/MCM-41;此外,在本实验室研究成果的基础上制取了一系列工业催化剂,并对所制的催化剂的活性和稳定性进行了系列评价。结果表明,所制工业催化剂具有较好的活性（850℃甲烷和二氧化碳的转化率都高于90%）,经过长时间反应也未发现明显的失活,基本上满足工业反应的要求。同时,工业催化剂还在上海焦化有限公司进行了中试放大试验。另外用BET、X-射线衍射（XRD）、程序升温还原（TPR）等技术对催化剂进行了表征,通过程序升温氧化（TPO）技术对催化剂表面的积碳进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 天然气化工的研究现状
• 1.2.1 天然气间接转化法
• 1.2.1.1 水蒸气转化法
• 1.2.1.2 甲烷部分氧化法
• 1.2.1.3 二氧化碳转化法
• 1.3 甲烷二氧化碳重整的研究进展
• 1.3.1 甲烷二氧化碳重整催化剂的研究
• 1.3.1.1 金属活性组分
• 1.3.1.2 载体的选择及对催化剂性能的影响
• 1.3.1.3 金属和载体的相互作用
• 1.3.1.4 制备方法对催化剂性能的影响
• 1.3.1.5 助剂对催化剂性能的影响
• 1.3.2 反应条件对催化剂性能的影响
• 1.4 甲烷二氧化碳重整催化剂的失活研究
• 1.5 甲烷二氧化碳重整的热力学研究
• 1.6 甲烷二氧化碳重整的催化机理及动力学研究
• 1.7 分子筛的研究
• 1.7.1 沸石分子筛ZSM-5
• 1.7.2 MCM-41 分子筛
• 1.7.2.1 MCM-41 分子筛的研究进展
• 1.7.2.2 MCM-41 分子筛的合成
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 催化剂的制备
• 2.2.1 MCM-41 载体的制备
• 2NiO₄ /MCM-41 催化剂的制备'>2.2.2 La₂NiO₄ /MCM-41 催化剂的制备
• 2O₃催化剂'>2.2.3 共沉淀法制备NiO-CoO-MgO-Al₂O₃催化剂
• 2.2.4 工业催化剂的制备
• 2.2.4.1 负载型工业催化剂的制备
• 2O₃工业催化剂的制备'>2.2.4.2 Ni-Ru/La₂O₃工业催化剂的制备
• 2.3 催化剂的活性测试
• 2.4 催化剂的表征
• 第三章 实验结果与讨论
• 3.1 催化剂的BET表征分析
• 3.2 催化剂的XRD表征分析
• 3.3 催化剂的 TPR 表征分析
• 3.4 催化剂的活性评价
• 3.4.1 实验室范围内催化剂和反应条件优化
• 3.4.1.1 不同载体对催化剂活性的影响
• 3.4.1.2 空速大小对催化剂活性的影响
• 2O₃催化剂的活性评价'>3.4.1.3 NiO-CoO-MgO-Al₂O₃催化剂的活性评价
• 3.4.1.4 制备方法的选择
• 3.4.2 工业用催化剂的活性评价
• 2NiO₄/ZSM-5 工业催化剂的性能'>3.4.2.1 La₂NiO₄/ZSM-5 工业催化剂的性能
• 3.4.2.1.1 以柱状ZSM-5 为载体的工业催化剂性能
• 3.4.2.1.2 以粉体ZSM-5 为载体的工业催化剂性能
• 2O₃工业催化剂的性能'>3.4.2.2 Ni-Ru/La₂O₃工业催化剂的性能
• 3.5 甲烷二氧化碳重整使用后催化剂上积碳的TPO分析
• 第四章 全文总结
• 第五章 参考文献
• 第六章 发表论文和参加科研情况说明
• 第七章 附录
• 第八章 致谢