加压条件下甲烷、空气和水蒸汽转化制合成气的研究

【摘要】： 甲烷部分氧化（POM）制合成气是目前天然气综合利用的有效途径之一。 与传统的水蒸汽重整法相比，该法具有反应速度快，能耗低，设备投资小及生 产的合成气中H_2/CO比接近于2等优点而备受人们的关注。鉴于目前有关甲烷 部分氧化制合成气的研究大部分是在常压下进行，而工业上很多由合成气制下 游产品的后续过程通常都在较高压力下操作，本论文在前人研究工作的基础上， 重点开展了加压条件下甲烷部分氧化制合成气的研究。 由于加压条件下甲烷纯氧反应体系存在易爆炸、催化剂表面易积碳及床层 热点突出等不利因素，本文采用甲烷、空气和水反应体系，研究了Ni催化剂的 催化性能，得出8wt％Ni催化剂具有最佳催化活性，并在此基础上考察了各类 助剂对催化性能的影响，其中以添加2％La_2O_3的Ni-La催化剂性能最佳。使用 8小时后的催化剂基本无积碳，也没有明显的Ni流失现象。对床层温度分布的 研究表明，在甲烷、空气和水体系中，Ni基催化剂床层已不存在明显的热点， POM主反应区位于床层的上段，而床层下段形成一温度变化很小的高温区。 鉴于目前甲烷部分氧化反应引发过程以及反应引发前后Ni的价态变化很少 有人研究的情况，我们通过MS-TPSR技术研究了Ni催化剂上POM反应的引 发过程和反应引发前后Ni的价态变化以及助剂La的添加对Ni催化剂引发行为 的影响。 【关键词】：甲烷部分氧化 合成气 Ni催化剂 引发过程
【学位授予单位】：中国科学院大连化学物理研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：TE665.3
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 第一章 绪论8-26
• 1．1 甲烷催化部分氧化制合成气的研究意义8-11
• 1．2 甲烷部分氧化反应主要催化剂体系及其反应性能11-16
• 1．2．1 贵金属催化剂11-12
• 1．2．2 非贵金属催化剂12-16
• 1．2．3 其它催化剂16
• 1．3 甲烷部分氧化宏观反应动力学和反应机理16-20
• 1．3．1 宏观反应动力学16-17
• 1．3．2 反应机理17
• 1．3．2．1 燃烧重整机理17-18
• 1．3．2．2 直接氧化机理18-20
• 1．4 甲烷部分氧化反应尚存在的主要问题20-24
• 1．4．1 活性组分Ni的流失20-21
• 1．4．2 催化剂积碳21-23
• 1．4．3 催化剂床层的热点问题23
• 1．4．4 氧气的供应问题23-24
• 1．5 论文的研究内容和目的24-26
• 1．5．1 加压条件下甲烷、空气和水蒸汽转化制合成气催化剂研究24-25
• 1．5．2 POM反应引发过程的研究25-26
• 第二章 实验26-30
• 2．1 催化剂制备26
• 2．2 催化剂活性评价26
• 2．3 催化剂床层温度分布的测定26
• 2．4 催化剂积碳和消碳性能评价26-28
• 2．5 催化剂表征28-30
• 2．5．1 程序升温还原28
• 2．5．2 X射线衍射28-29
• 2．5．3 热重分析29
• 2．5．4 Ni含量测定29
• 2．5．5 程序升温表面反应技术29
• 2．5．6 催化剂比表面积测定29-30
• 第三章 加压条件下甲烷、空气和水蒸汽转化制合成气催化剂研究30-57
• 3．1 引言30-31
• 3．2 甲烷、空气和水体系Ni催化剂的催化性能31-34
• 3．2．1 镍含量对催化性能的影响31-32
• 3．2．2 催化剂表面NiO的分布32-33
• 小结33-34
• 3．3 Ni催化剂的助剂研究34-40
• 3．3．1 助剂对催化性能及还原性能的影响34-36
• 3．3．2 La_2O_3添加量对催化性能及还原性能的影响36-38
• 3．3．3 助剂La对Ni催化剂反应稳定性的影响38-39
• 小结39-40
• 3．4 甲烷、空气和水体系Ni-La催化剂的催化性能40-46
• 3．4．1 温度对催化性能的影响40-41
• 3．4．2 压力对催化性能的影响41
• 3．4．3 H_2O/CH_4比对催化性能的影响41-42
• 3．4．4 CH_4/O_2比对催化性能的影响42-43
• 3．4．5 空速对催化性能的影响43-44
• 小结44-46
• 3．5 甲烷、空气和水反应体系床层温度分布的研究46-53
• 3．5．1 不同出口温度下的床层温度分布46-47
• 3．5．2 不同压力下的床层温度分布47-48
• 3．5．3 不同H_2O/CH_4比下的床层温度分布48-50
• 3．5．4 不同CH_4/O_2比下的床层温度分布50-51
• 3．5．5 不同空速下的床层温度分布51-52
• 小结52-53
• 3．6 Ni基催化剂积碳和消碳性能研究53-57
• 3．6．1 不同镍含量催化剂积碳和消碳性能比较53-55
• 3．6．2 助剂对Ni催化剂积碳和消碳性能的影响55-56
• 小结56-57
• 第四章 Ni基催化剂上POM反应引发过程的研究57-67
• 4．1 引言57-58
• 4．2 Ni催化剂上的CH_4-TPSR研究及La的添加效应58-62
• 4．2．1 NiO和Ni~0催化剂上的CH_4-TPSR58-60
• 4．2．2 NiO-La和Ni~0-La催化剂上的CH_4-TPSR60-62
• 4．3 Ni催化剂上的CH_4/O_2-TPSR研究及La的添加效应62-67
• 4．3．1 NiO和Ni~0催化剂上的CH_4/O_2-TPSR62-64
• 4．3．2 NiO-La和Ni~0-La催化剂上的CH_4/O_2-TPSR64-66
• 小结66-67
• 第五章 结论67-69
• 参考文献69-76
• 发表文章目录76-77
• 致谢77

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