天然气裂解催化剂研究

论文摘要

天然气是清洁能源和重要的化工原料,其主要成分为甲烷。本论文成功合成了Ni-Al、Ni-Si两类甲烷裂解催化剂,通过掺杂稀土对甲烷裂解催化剂进行改性。研究了共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶等不同制备方法,不同焙烧温度以及不同沉淀剂对催化剂性能的影响;同时考察了掺杂铜和不同稀土等助剂对催化剂性能及纳米碳副产物形貌的影响。用SEM、TEM、BET、TG-DTA和XRD等方法表征了催化剂的物性和结构,并在微型固定床反应系统中考察了甲烷裂解催化剂的催化活性,结果表明:Ni-Al催化剂以Na2CO3作为沉淀剂,采用双股并流共沉淀法可制备出化学均一的甲烷裂解催化剂,通过稀土的掺杂可有效促进催化剂晶相的形成,从而提高催化剂甲烷裂解催化活性及其热稳定性;最佳掺杂助剂为稀土La,最佳配比为15Ni3La2Al,该催化剂在700℃高温下连续运行12h仍未出现失活现象。Ni-Si催化剂以TEOS（正硅酸乙酯）为硅源,采用溶胶-凝胶法可制备出分散性好、结晶度高、性能良好的甲烷裂解催化剂,Ni的最佳含量为50%,最佳掺杂助剂为稀土La;采用CTAB导向剂合成出了类花状稀土掺杂Ni-Si甲烷裂解催化剂,该催化剂结晶度好,并具有较高的比表面,是一种性能优良的甲烷裂解催化剂。通过对产物碳纳米管进行表征和纯化,得出碳纳米管均一的形貌有利于催化剂的高温活性和稳定性,碳纳米管最佳纯化条件为:40%硝酸,60℃加热搅拌2h,纯化率可达99.7%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 天然气裂解催化剂研究现状
• 1.2.1 催化剂种类
• 1.2.2 Ni基催化剂
• 1.2.3 催化剂制备方法
• 1.2.4 反应条件的影响
• 1.2.5 助剂的添加
• 1.3 天然气裂解催化剂反应机理
• 1.4 选题的特色
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 研究方案
• 第二章 催化剂制备方法及其评价方法
• 2.1 实验部分
• 2.2 催化剂的表征与性能评价
• 2.2.1 X射线衍射分析（X-ray diffraction,XRD）
• 2.2.2 热重（TG）-差热分析法（DTA）
• 2-TPR）'>2.2.3 程序升温还原（H₂-TPR）
• 2.2.4 扫描电镜（SEM）
• 2.2.5 透射电镜（TEM）
• 2.2.6 催化剂活性及稳定性评价
• 2.3 催化剂制备方法
• 2.3.1 沉淀法正加料
• 2.3.2 沉淀法反加料
• 2.3.3 沉淀法双股并流
• 2.3.4 水热法以碳酸钠为沉淀剂制备催化剂
• 2.3.5 溶胶-凝胶法制备催化剂
• 2.3.6 分子筛法制各催化剂
• 2.4 样品性能的评价方法
• 第三章 制备方法及条件对催化剂催化活性影响
• 3.1 引言
• 3.2 不同制备方法对AL系甲烷裂解催化剂性能影响
• 3.2.1 不同制备方法制得催化剂XRD分析
• 3.2.2 不同制备方法制得催化剂SEM分析
• 3.2.3 不同制备方法制得催化剂活性评价
• 3.2.4 不同制备方法制得催化剂催化反应生成碳的SEM观察
• 3.2.5 小结
• 3.3不 同制备方法对SI系甲烷裂解催化剂性能影响
• 3.3.1 不同制备方法制得催化剂SEM分析
• 3.3.2 不同制备方法制得催化剂活性评价
• 3.3.3 不同制备方法制得催化剂催化反应后碳的SEM观察
• 3.3.4 小结
• 3.4 不同沉淀剂以及焙烧温度对AL系甲烷裂解催化剂性能影响
• 3.4.1 不同沉淀剂制得催化剂XRD分析
• 3.4.2 不同沉淀剂及焙烧温度制得催化剂SEM分析
• 3.4.3 不同沉淀剂及焙烧温度制得催化剂活性评价
• 3.4.4 不同沉淀剂及焙烧温度制得催化剂催化反应后碳的SEM观察
• 3.4.5 小结
• 3.5 本章小结
• 第四章 助剂改性铝系甲烷裂解催化剂性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 掺杂不同助剂催化剂的制备
• 4.2.1 助剂的添加对催化剂相结构影响
• 4.2.2 助剂的添加对催化剂形貌影响
• 4.2.3 助剂改性催化剂热差热热重分析
• 4.2.4 助剂的添加对催化剂还原性能分析
• 4.2.5 助剂的添加对催化剂甲烷裂解催化性能影响
• 4.3 助剂数量对催化剂性能的影响
• 4.3.1 催化剂的物相结构分析
• 4.3.2 催化剂催化活性分析
• 4.3.3 副产物碳的表面结构分析
• 4.3.4 催化剂及碳的微观结构分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 助剂改性硅系甲烷裂解催化剂性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 不同NI含量催化剂的制备
• 5.2.1 Ni含量对催化剂表面形貌的影响
• 5.2.2 Ni含量对催化剂催化活性的影响
• 5.2.3 Ni含量对催化剂催化反应产物碳表面形貌影响（添加文字说明）
• 5.3 掺杂不同助剂催化剂的制备
• 5.3.1 助剂的添加对催化剂相结构影响
• 5.3.2 助剂的添加对催化剂形貌的影响
• 5.3.3 助剂的添加对催化剂还原性能分析
• 5.3.4 助剂改性催化剂差热热重分析
• 5.3.5 助剂的添加对催化剂催化活性的影响
• 5.3.6 助剂改性催化剂热重差热分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 催化裂解产物碳的提纯
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 研究成果及发表的学术论文
• 致谢
• 作者简介
• 导师介绍