非平衡等离子体甲烷二氧化碳催化重整制合成气的研究

【摘要】： 二氧化碳和甲烷是两种主要的温室气体,且随着石油资源的日趋短缺,天然气的开发利用越来越受到人们的重视。利用甲烷二氧化碳重整制合成气对缓解能源危机、减轻温室效应等具有重要的战略意义。但是由于甲烷和二氧化碳分子的高稳定性及热力学上的限制,此反应一般需要在低压或高温下进行,能耗很大。而利用冷等离子技术,在常温常压下即可实现CH_4-CO_2制合成气的反应。 试验结果表明相对于等离子体甲烷二氧化碳重整,催化剂的添加使CH_4和CO_2的转化率大幅度提高;催化剂Ni负载量为8%时CH_4和CO_2转化率最高;比表面积小的催化剂不仅对CO和H_2的选择性高,抗积炭性能好,且使反应物的转化率与比表面积大的催化剂基本相同。 采用低温等离子体和传统浸渍方法相结合,对甲烷二氧化碳重整反应所用的镍基催化剂进行了六种不同方式的处理,发现浸渍干燥之后用DBD直接处理所得的催化剂对CO的选择性相对于传统方法提高很多,积炭相对减少,而转化率变化不大。对此种催化剂进行TPR表征发现其还原温度大幅度降低;XRD表征发现催化剂并没有形成晶型;XPS表征结果显示其表面的Ni含量较其它处理方法高出很多。经过焙烧、还原的催化剂虽然可获得较高的转化率,但产物的选择性很低;而采用等离子体代替焙烧或还原步骤得到的其它催化剂均可大幅度提高CO的选择性,并保持转化率基本不变。 考察了DBD处理时间对Al_2O_3催化性能的影响,结果显示功率为110W,处理时间为5min时反应物的转化率最高,处理时间对Al_2O_3的比表面积基本没有影响,而且用DBD处理后的催化剂其抗积炭性能显著提高。实验证明,对还原后的催化剂用DBD处理效果不大。 【关键词】：等离子体 催化剂 甲烷 二氧化碳 合成气
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TE665.3
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 文献综述7-26
• 1.1 引言7-8
• 1.2 甲烷二氧化碳重整的热力学可行性8-10
• 1.3 甲烷的转化方式10-11
• 1.4 催化剂的研究进展11-16
• 1.4.1 活性组分的研究11-12
• 1.4.2 载体的选择12-13
• 1.4.3 助剂的作用13
• 1.4.4 催化剂的失活13-14
• 1.4.5 新材料与新技术的研究14
• 1.4.6 催化剂的制备14-15
• 1.4.7 加热方式15-16
• 1.5 等离子体用于甲烷二氧化碳重整研究16-24
• 1.5.1 等离子体分类16-17
• 1.5.2 非平衡等离子体用于甲烷二氧化碳重整17-22
• 1.5.3 等离子体催化技术的研究22-23
• 1.5.4 等离子体处理催化剂的研究23-24
• 1.6 论文工作的提出及研究内容24-26
• 第二章 实验部分26-33
• 2.1 实验所用药品规格26
• 2.2 催化剂制备26-27
• 2.2.1 采用等体积浸渍法制备催化剂26-27
• 2.2.2 载量的配置27
• 2.2.3 等离子体处理装置27
• 2.3 催化剂活性评价27-31
• 2.3.1 实验设备及流程27-29
• 2.3.2 催化剂活性评价指标29-31
• 2.4 催化剂表征31-33
• 2.4.1 比表面测定31
• 2.4.2 热失重分析31-32
• 2.4.3 TEM 测定32
• 2.4.4 XRD 测定32
• 2.4.5 X 射线光电子能谱（XPS）测定32
• 2.4.6 程序升温还原（TPR）测定32-33
• 第三章 实验结果及讨论33-54
• 3.1 不同催化剂添加量对反应转化率的影响33-35
• 3.2 不同颗粒粒度对反应转化率的影响35-36
• 3.3 不同比表面积的催化剂对反应的影响36-38
• 3.4 不同放电电压对反应的影响38-39
• 3.5 不同处理条件对催化剂效应的影响39-47
• 3.5.1 不同处理条件对催化剂催化效果的影响39-40
• 3.5.2 不同处理条件下的催化剂TPR 表征40-41
• 3.5.3 不同处理条件对催化剂晶型的影响41-45
• 3.5.4 XPS 表征45
• 3.5.5 不同处理条件对反应积炭的影响45-46
• 3.5.6 DBD 处理对催化剂表面的影响46-47
• 3.6 DBD 处理Al_2O_3 在甲烷二氧化碳重整中的作用47-51
• 3.6.1 DBD 处理时间对反应转化率的影响47-48
• 3.6.2 DBD 处理时间对CH_4 和CO_2 转化率的影响48
• 3.6.3 DBD 处理时间对催化剂表面的影响48-51
• 3.6.4 DBD 处理时间对催化剂表面积炭的影响51
• 3.7 讨论51-54
• 第四章 结论54-55
• 参考文献55-60
• 附录60-65
• 致谢65

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