用于DIR-MCFC中甲烷重整催化剂的初步研究

【摘要】： 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)作为一种高温燃料电池,工作温度约为650℃,可以采用脱硫煤气或天然气为原料;所用的电极催化剂以镍为主,不使用贵金属;余热利用价值颇高,有着较好的市场应用前景。直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)是指将MCFC技术和甲烷水蒸气重整(SRM)技术集成在一起,电化学反应生成的水是SRM的原料;SRM生成的氢气是电化学反应的原料。同时电化学反应放出的热量又可提供给重整反应。可实现物质与热量的双重耦合,具有重要的理论意义和实际应用价值。因此,研制可应用于DIR-MCFC中,在中低温、低水碳比条件下具有高活性、高稳定性、抗积碳性强的催化剂是至关重要的。 本文采用镍为活性组分,活性氧化铝为载体,使用浸渍法制备出重整催化剂,并使用不同的添加方式添加了不同担载量的改性助剂。实验结果表明:在反应温度为650℃、低水碳比(S/C=2:1)、甲烷的空速为20ml/g(cat)·min的条件下,以氧化铝为载体的镍基催化剂有着较高的催化活性。其中镍含量为25%时,甲烷的转化率为62.46%,氢气收率为77.72%。当分别添加了改性助剂镧和铈后,催化剂性能均有了一定程度的提高。采用不同的添加方式对催化剂性能影响较大,使用不同的添加助剂方式所制备的催化剂性能由高到低的顺序为:先浸渍活性组分镍再浸渍改性助剂镍与改性助剂共同混合浸渍先浸渍改性助剂,再浸渍活性组分镍。当改性助剂的添加量相同时,所考察的催化剂都得到相似的结果。当采用先浸渍25%的镍再浸渍3%的镧时,催化剂的性能最好,甲烷转化率达到71.69%、氢气收率为76.90%、CO的选择性可达61.41%,在反应30小时之内,能够保持良好的稳定性,催化剂性能没有发生明显地衰减。从实验所得的结果还可以看出:助剂镧能更有效的提高甲烷转化率和一氧化碳的选择性,而助剂铈的添加则更有效的促进水蒸汽变化反应的发生。 【关键词】：直接内重整熔融碳酸盐燃料电池 甲烷水蒸汽重整 催化剂 浸渍法 积碳
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-26
• 1.1 燃料电池概述10-13
• 1.1.1 燃料电池发展简史10-11
• 1.1.2 燃料电池的组成及工作原理11-12
• 1.1.3 燃料电池的分类12
• 1.1.4 燃料电池的特点12-13
• 1.1.4.1 燃料电池的优点12-13
• 1.1.4.2 燃料电池存在的问题13
• 1.2 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)13-17
• 1.2.1 MCFC的历史与发展现状13-14
• 1.2.2 MCFC电池特点与其结构14-15
• 1.2.3 直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)15-17
• 1.3 天然气化工的研究现状17-20
• 1.3.1 天然气综合利用的意义17-18
• 1.3.2 天然气化工的研究现状18-20
• 1.3.3 甲烷水蒸汽重整(SRM)20
• 1.4 甲烷水蒸汽重整催化剂的研究现状20-25
• 1.4.1 催化剂活性组分20-21
• 1.4.2 催化剂载体21
• 1.4.3 添加改性助剂的催化剂21-22
• 1.4.4 贵金属催化剂及一些特殊种类催化剂22-23
• 1.4.5 催化剂的制备方法23-24
• 1.4.6 氧化铝的介绍24-25
• 1.5 论文工作设想及主要研究内容25-26
• 1.5.1 研究目的25
• 1.5.2 研究内容25-26
• 2 实验部分26-37
• 2.1 实验原料及试剂26
• 2.2 实验设备与仪器26-27
• 2.3 实验装置27-29
• 2.4 实验因素29-33
• 2.4.1 气相色谱校正因子的测定29-30
• 2.4.2 微量计量泵的标定30-31
• 2.4.3 质量流量计的标定31-32
• 2.5.4 管式炉内恒温段的标定32
• 2.4.5 反应系统气密性检验32
• 2.4.6 催化剂的装填32-33
• 2.4.7 空白实验33
• 2.5 催化剂的制备方法33-34
• 2.6 甲烷转化率、氢气收率以及CO选择性的计算方法34-37
• 2.6.1 甲烷的平衡转化率34-36
• 2.6.2 甲烷转化率、氢气收率以及一氧化碳选择性的计算方法36-37
• 3 载体和反应条件对催化剂性能的影响37-41
• 3.1 实验原料及方法37
• 3.2 实验结果与讨论37-39
• 3.2.1 载体及空速对催化剂性能的影响37-39
• 3.2.2 镍含量对催化剂性能的影响39
• 3.3 本章小结39-41
• 4 催化剂助剂的添加方式和含量对催化剂性能的影响41-53
• 4.1 共混法制备催化剂的催化性能41-43
• 4.1.1 实验方法41
• 4.1.2 实验结果及讨论41-43
• 4.2 分混法制备催化剂的催化性能43-46
• 4.2.1 采用先浸渍镍、再浸渍改性助剂的制备方法制备催化剂的性能43-44
• 4.2.2 采用先浸渍改性助剂、再浸渍镍的制备方法制备催化剂的性能44-46
• 4.3 各催化剂性能的比较46-49
• 4.3.1 甲烷转化率的比较46-49
• 4.3.1.1 分混顺序不同对催化剂性能影响46-47
• 4.3.1.2 不同制备方法的催化剂与纯镍催化剂性能的比较47-49
• 4.3.2 CO选择性的比较49
• 4.4 催化剂反应前后的SEM表征49-51
• 4.5 催化剂的稳定性51-52
• 4.6 本章小节52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况58-59
• 致谢59-60

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