膜反應(yīng)器中甲烷部分轉(zhuǎn)化制合成氣.pdf

1、隨著石油資源的日益枯竭，對天然氣的開發(fā)逐漸成為熱點(diǎn)。利用膜反應(yīng)器進(jìn)行甲烷部分轉(zhuǎn)化制合成氣是近年來一個(gè)新的研究方向，由于利用較高氧滲透率的混合導(dǎo)體透氧膜可從空氣中直接制取純氧，使制氧過程和催化過程同時(shí)完成，簡化了操作過程和費(fèi)用，提高了反應(yīng)的選擇性和反應(yīng)過程的安全性，可很大程度上降低生產(chǎn)成本，具有很大的應(yīng)用前景。本文以YBCO及其摻Co為膜反應(yīng)器進(jìn)行甲烷部分轉(zhuǎn)化制合成氣，TG、SEM和比表面對反應(yīng)后催化劑進(jìn)行了表征，對反應(yīng)后的膜用SEM進(jìn)行

2、了表征。 本文對YBCO膜反應(yīng)器中甲烷部分氧化反應(yīng)性能的研究表明，以Ni/ZrO<,2>作為催化劑，進(jìn)料氣流量50ml/min、CH4濃度6．0﹪(v﹪)、空速8000h<'-1>條件下，9000C時(shí)甲烷轉(zhuǎn)化率、CO選擇性和透氧量(常壓)分別達(dá)到99．8﹪、95．0﹪和1．5lml·min<'-1>。YBCO膜反應(yīng)器對甲烷部分氧化還表現(xiàn)出一定的自催化作用，沒有催化劑900℃時(shí)，甲烷轉(zhuǎn)化率和CO選擇性分別達(dá)到289﹪、90﹪?？账?/p>

3、對CO選擇性的影響表明，以Ni/ZrO<,2>作為催化劑在YBCO膜反應(yīng)器中甲烷部分氧化服從間接部分氧化機(jī)理。甲烷部分氧化反應(yīng)適宜的CH<,4>/O<,2>比是2/1，高CH<,4>/O<,2>比會引起催化劑上的積炭，低CH<,4>/O<,2>比會導(dǎo)致CO選擇性下降，進(jìn)料CH<,4>/O<,2>比對CO選擇性有較大影響。 YBCO膜反應(yīng)器的反應(yīng)性能是由膜的穩(wěn)定性和催化劑的穩(wěn)定性共同決定的，膜的穩(wěn)定性隨溫度升高而變差。SEM表明膜

4、的穩(wěn)定性差的原因是高溫強(qiáng)還原性氣氛下，導(dǎo)致YBCO的結(jié)構(gòu)破壞引起。甲烷部分氧化過程中催化劑的失活主要由催化劑上積炭引起，在實(shí)驗(yàn)反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，積炭主要是通過甲烷裂解反應(yīng)發(fā)生，TG表明，溫度越高催化劑上積炭量越多。SEM說明了850-875℃下，催化劑上所生成的炭主要為絲狀炭，900℃下催化劑上所生成的炭主要為包容炭，包容炭是造成催化劑失活的主要原因。通過對催化劑的比表面分析得知所積炭導(dǎo)致了催化劑比表面的增大。 以Ru/ZrO<,

5、2>及Ni-Ru/ZrO<,2>催化劑對甲烷部分氧化膜反應(yīng)器中的催化性能。表明Ru/ZrO<,2>具有非常好的抗積炭性能和對CO的選擇性能，同時(shí)Ru對提高Ni/ZrO<,2>的抗積炭能力具有明顯的作用。由比表面數(shù)據(jù)得知，反應(yīng)后Ru/ZrO<,2>催化劑的比表面均有所減少，應(yīng)是燒結(jié)所致。而積炭的催化劑Ni/ZrO<,2>、Ni-Ru/ZrO<,2>的比表面有所增大，是所積的炭具有較大的比表面所致，Ru/ZrO<,2>催化劑對甲烷部分氧化具