CH4-CO2重整反應(yīng)鎳鈷雙金屬催化劑性能研究.pdf

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(dāng)可觀的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(qiáng)，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(jìn)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(jìn)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(kuò)散，進(jìn)而影響催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性;當(dāng)催化劑固定時，進(jìn)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(dāng)空速過低時，要達(dá)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(dá)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(qiáng)吸熱反應(yīng)，溫度越高，越有利于反應(yīng)的進(jìn)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(dāng)增加甲烷的濃度時，反應(yīng)會向正反應(yīng)方向進(jìn)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(dá)180h內(nèi)沒有觀察到明顯的失活現(xiàn)象，仍保持高活性和良