鋰基吸附劑在吸附強(qiáng)化甲烷水蒸汽重整制氫中的應(yīng)用.pdf

1、氫氣不僅是是重要的化工原料，而且是潔凈的二次能源。隨著煉油加工深度的提高以及環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，對高純氫的需求也日益迫切。目前工業(yè)上最主要的制氫方法是基于天然氣（甲烷）水蒸汽重整工藝，但是該工藝存在著能耗高、流程復(fù)雜等缺點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和節(jié)能降耗要求的不斷提高，有學(xué)者提出“吸附強(qiáng)化反應(yīng)進(jìn)程(sorptionenhancedreactionprocess:SERP)”這一概念，其思想是將水蒸汽重整、水煤氣變換反應(yīng)和CO2原位吸附脫除耦合

2、在一起，從而超越化學(xué)平衡反應(yīng)控制，使得反應(yīng)在相對較低的溫度下(500-600℃)便可深度進(jìn)行。在大幅度降低過程能耗的同時(shí)，工藝過程也得到了簡化。
　　 本碩士論文針對吸附強(qiáng)化甲烷水蒸汽重整制氫工藝，圍繞傳統(tǒng)商品化重整催化劑不適合該工藝和新型Li2ZrO3、Li4SiO4基高溫CO2吸附劑應(yīng)用于此工藝時(shí)吸附速率有待提高這一現(xiàn)狀，在課題組前期工作基礎(chǔ)上，從以下兩個(gè)方面展開了研究:
　　 一）通過軟化學(xué)方法合成了一系列鋰基CO

3、2高溫吸附劑。通過CO2吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)相對于Li2ZrO3，在低CO2分壓下Li4SiO4具有更快的吸附速率;與純Li4SiO4相比，F(xiàn)e摻雜的Li4SiO4吸附劑吸附速率又有明顯提高;幾次吸附循環(huán)后，鋰基吸附劑的吸附量與吸脫附速率都無明顯下降。CO2吸附性能的不同與各自晶體內(nèi)部離子的擴(kuò)散能力有關(guān)。Li4SiO4具有更多的鋰離子位點(diǎn)，鋰離子在不同位點(diǎn)之間可以快速跳躍遷移，而Li2ZrO3原子堆積緊密，鋰原子的運(yùn)動(dòng)受到較多的的限制。Fe摻

4、雜的Li4SiO4吸附速率的提高是由于Fe的引入加快了Li4SiO4晶體內(nèi)部離子（Li+和O2-）擴(kuò)散所致。
　　 二）要實(shí)現(xiàn)吸附強(qiáng)化過程，還需提供在吸附劑最佳工作溫度下具有高催化性能的催化劑。由于在使用過程中，來自吸附劑的堿金屬離子會與傳統(tǒng)Ni/Al2O3、Ni/SiO2、Ni/MgO催化劑接觸反應(yīng)，造成催化劑中毒失活。目前公開報(bào)道的用于吸附強(qiáng)化的催化劑均未考慮堿金屬離子對催化劑活性的影響，因而不適用于以上述鋰基吸附劑的SER

5、P。MgSiO3與堿金屬離子作用較弱，以其為載體的Ni基催化劑具有較好的抗堿毒化能力。為此，我們制備出抗堿中毒催化劑20wt.％Ni/MgSiO3，在與吸附劑混合使用的條件下仍然表現(xiàn)出高催化活性。
　　 在550℃、H2O/CH4為4∶1、0.1MPa條件下將所合成的吸附劑Fe摻雜的Li4SiO4與制備的催化劑20wt.％Ni/MgSiO3預(yù)混和后用于吸附強(qiáng)化甲烷水蒸汽重整實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在吸附強(qiáng)化階段觀察到氫氣濃度高于90mol