探究甲烷部分氧化制合成气反应中ni基催化剂性能的研究

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1、天津大学硕士学位论文甲烷部分氧化制合成气反应中Ni基催化剂性能的研究姓名：张翔宇申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：李振花20021201中文摘要甲烷部分氧化制合成气(POM)具有能耗低、CO和H2选择性高、n(H2)／n(CO)的比例适合于合成甲醇及费．托合成等优点。开发活性高、稳定性好的Ni基催化剂是该工艺能否实现工业化的关键。本文在固定床微反应器流动反应系统中，测定了反应条件、Ni载量、载体等对催化剂反应性能的影响并对催化剂进行了一系列表征测试，为进一步采用等离子体对催化剂表面改性的研究提供了依据。研究表明

2、，催化剂床层的热波呈不对称分布，入口段温度高于出口温度，热波峰温位于入口偏下处。POM反应适合在高温、高空速下进行。甲烷转化率、CO和H2的选择性及合成气的生成速率均随反应温度的升高而增大；随空速增大，CO和H2的选择性增大，当空速增加到一定程度，甲烷转化率开始下降。不同的催化剂由于其比表面积和孔结构的不同面具有不同的最佳空速。反应适宜的进料配比为CH4：02=2：1。使用己成型的舢203载体制备的Ni基催化剂，其活性依下列顺序递减：10％Ni／0．A1203>10％Nihx—A1203>10％Ni／y．A120-3，

3、且均以Ni载量为10％时性能最好。TPR实验结果表明，还原态Nio是POM反应的活性位。反应后催化剂的热失重实验结果表明，催化剂上的积碳反应主要发生在床层的后半段，分析认为主要以CO歧化积碳和还原积碳为主。低温有利于CO积碳，高温则抑制CO积碳。250小时的稳定性实验表明，10％Ni／ct-A1203催化剂的活性和稳定性均高于10％Ni／y—A1203催化剂。10％Ni忙A1203催化剂经800oC还原和800oC反应后的比表面下降以及该催化剂在反应过程中积碳量的增加都是导致该催化剂稳定性下降的原因。关键词，甲烷，部分

4、氧化，合成气，镍基催化剂ABSTRACTThecatalyticpartialoxidationofmethane口0M)tosyngas(CO+H2)hasbeenextensivelyinvestigatedfornaturalgasutilizationfincetheselectivityofsyngasandmethaneconversionarehighathighspaceveloeityandthesyngasproducedwithamolarratioofH2／COof2／1Callbedirect

5、lyusedasfeedformethanolorFischer-Tropschsynthesis．ThekeyproblemlimitingthefBrtherindustrialproductionofsyngasiSthecatalyticdeactivationsinceofcarbondeposition．Inthisthesis．POMprocesswasinvestigatedinafixedmicro．reactorsystem．10％(wt％)Nicatalystssupportedon5mma—A1

6、203，0-ALE03andy-A1203pelletswerepreparedbyimpregnationmethod．Theeffcctofreactioncondition．Niloadingandsupportetc．onthecatalyticactivitywasmeasured．111ecatalystswerecharacterizedtoprovideusefulinformationforcatalystmodifleationbyplasmatechnique．Theresultsindicate

7、dthatthetemperaturewavealongthecatalystbedisnon-symmetricalandthehot-pointisnearthe站trtingpointofthebed．HigherreactiontemperatureandspacevelocityiSfavoritefarincreaseofmethaneconversionandselectivityofCOandH2．Withtheincreaseoftemperatureandspacevelocity,themetha

8、neconversionandselectivityofCOandHzincreased．Whilethespacevelocityincreasedtosomeextent，themethaneconversiondeclines．Theoptimumspacevelocityvarieswiththesupport．Theop