甲烷二氧化碳在催化劑上重整制合成氣的實驗研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的不斷發(fā)展，甲烷二氧化碳在催化劑作用下重整制取合成氣反應備受國內(nèi)外學者的關注。該反應具有以下優(yōu)點：（1）CH4-CO2重整反應制得低H2/CO比的合成氣（≤1），可直接作為羰基合成及 F-T合成的原料；（2）甲烷二氧化碳重整過程是具有較大反應熱的可逆反應，該反應過程可以作為能量儲存和傳輸?shù)慕橘|(zhì)；（3）充分利用了甲烷和二氧化碳資源，為減少溫室氣體的排放做出了具大的貢獻，增大了環(huán)境的保護效益。Ni基催化劑因成本較低、資源比較豐富

2、而被廣泛應用于甲烷二氧化碳重整反應過程中。由于該反應為強吸熱反應，在高溫條件下，Ni催化劑容易積碳失活。為此，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，通過選擇合適的載體，添加合適的助劑、控制活性組分的擔載量及改善反應裝置等方法，可以提高催化劑的活化性能。
　　本實驗采用不同的方法制得了Ni/γ-Al2O3、Ni-MgO/γ-Al2O3、鋇改性的Ni/γ-Al2O3三種催化劑。利用甲烷二氧化碳重整固定床反應裝置,主要研究了催化劑中Ni含量、助劑MgO含量等對重

3、整反應的影響，考察了催化劑的催化活性及穩(wěn)定性，進而系統(tǒng)研究了反應溫度、原料氣組成、進料空速等因素對原料氣中甲烷和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物中一氧化碳和氫氣的選擇性的影響規(guī)律，確定了催化重整反應的最佳工藝條件。
　　實驗結果表明，通過采用共沉淀法制備的鋇改性的Ni/γ-Al2O3催化劑具有較好的催化活性及穩(wěn)定性，其活性明顯高于Ni-MgO/γ-Al2O3催化劑和Ni/γ-Al2O3催化劑。
　　Ni含量對甲烷二氧化碳重整反應催化活

4、性的影響：鋇改性的Ni/γ-Al2O3催化劑在甲烷二氧化碳重整反應中催化活性最大，且無積碳現(xiàn)象產(chǎn)生。在Ni含量為8％時, Ni/γ-Al2O3、Ni-MgO/γ-Al2O3、鋇改性的Ni/γ-Al2O3三種催化劑對甲烷二氧化碳重整反應的催化活性較大，甲烷和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率達到較大值；一氧化碳和氫氣的選擇性則隨著Ni含量的不斷增大，二者的選擇性不斷增大到一定值后趨于平穩(wěn)狀態(tài)。
　　反應溫度對甲烷二氧化碳重整反應催化活性的影響：隨著反

5、應溫度的升高，甲烷和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率均增大，一氧化碳和氫氣的選擇性則呈現(xiàn)大幅度增大趨勢，在700℃時達到較大值。繼續(xù)升高溫度后，Ni/γ-Al2O3催化劑開始逐漸出現(xiàn)積碳現(xiàn)象。原料氣轉(zhuǎn)化率和合成氣選擇性均開始下降。
　　Ni/γ-A12O3、Ni-MgO/γ-A12O3及鋇改性的Ni/γ-A12O3催化劑活性及穩(wěn)定性實驗中，鋇改性的Ni/γ-A12O3催化劑可以在2h到15h之間保持活性穩(wěn)定狀態(tài)。Ni-MgO/γ-A12O3催化劑

6、和Ni/γ-A12O3催化劑的穩(wěn)定性較差。隨著反應時間的延長，由于催化劑受溫度的影響，在高溫條件下易燒結，而不利于催化劑的穩(wěn)定存在。
　　原料氣組成對催化活性的影響：增加一種反應物的濃度時，反應會向正反應方向進行，三種催化劑中甲烷的轉(zhuǎn)化率均隨著原料氣組分的增大而增大；但增加二氧化碳的含量，會增大反應物中二氧化碳的總含量，而二氧化碳的整體反應速率不變，使得二氧化碳的轉(zhuǎn)化率逐漸降低。一氧化碳和氫氣的選擇性均隨著原料氣組成比例的增加而呈

7、現(xiàn)大幅度上升趨勢。
　　進料空速對催化劑催化活性的影響：甲烷二氧化碳重整反應中 Ni/γ-A12O3、Ni-MgO/γ-A12O3及鋇改性的Ni/γ-A12O3催化劑條件下，甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化率、一氧化碳和氫氣的轉(zhuǎn)化率均隨著空速的不斷增大，先呈現(xiàn)緩慢下降后迅速下降的趨勢。
　　助劑MgO含量不同對催化劑催化活性的影響：Ni-5%MgO/γ-A12O3催化劑具有較高的催化活性及穩(wěn)定性，甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化率、一氧化碳和氫氣的選擇