天然氣絕熱轉(zhuǎn)化制氫催化劑及催化工藝研究.pdf

1、氫既是重要的工業(yè)原料，又是今后主要的二次能源。隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保法規(guī)的日益嚴格以及社會對潔凈氫能關(guān)注的加深，氫氣的需求量正穩(wěn)步增長。為盡快滿足世界對氫資源的需求，解決目前天然氣水蒸汽重整制氫工藝能耗高、生產(chǎn)成本高及設(shè)備投資大等問題，有必要開展以天然氣為原料制氫催化劑及新工藝研究。 本課題是研制一種以天然氣為制氫原料的轉(zhuǎn)化催化劑，采用廉價的空氣作氧源，在固定床反應(yīng)氣中設(shè)置一氧分布器，使氧氣沿軸向的氧分布器徑向分布進入催化劑床層進行

2、催化反應(yīng)。氧氣與天然氣分開進料，不僅保證了反應(yīng)體系的安全，而且解決了催化劑床層熱點問題及能量合理分配問題。這種裝置的特點是使大部分原料反應(yīng)本質(zhì)為部分氧化反應(yīng)，控制步驟已成為快速部分氧化反應(yīng)，能較大幅度地提高天然氣制氫的能力。由于反應(yīng)過程可實現(xiàn)自熱，無需外界提供熱量，因此不僅可以明顯降低制氫過程能耗，提高單位裝置的產(chǎn)量，而且反應(yīng)器可采用廉價耐火材料制造，避免了昂貴的耐高溫管做反應(yīng)器，裝置投資也將明顯降低。 本課題主要對催化劑及工藝

3、進行研究。在催化劑研究中，進行了載體篩選、助劑確定、活性組分含量確定及催化劑制備方法考察等工作。在工藝研究中，主要進行了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和天然氣絕熱轉(zhuǎn)化制氫工藝條件優(yōu)化工作。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)主要考察了反應(yīng)器形式、氧分布器分布狀態(tài)及反應(yīng)器內(nèi)徑對催化性能及催化劑床層溫度分布的影響。工藝條件優(yōu)化主要考察空氣分配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、空速、原料氣中H2O/CH4比等工藝條件對催化性能及床層溫度分布的影響，并進行500小時催化劑穩(wěn)定性試驗。 經(jīng)大量

4、實驗，最終確定采用以耐高溫的MgAl2O4尖晶石為載體，添加2﹪La2O3的含8﹪Ni的鎳基催化劑作為天然氣絕熱催化轉(zhuǎn)化催化劑。研究結(jié)果表明，該催化劑對于天然氣、空氣和水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫具有高的活性、選擇性和穩(wěn)定性。 實驗表明，在絕熱固定床反應(yīng)器中進行的天然氣催化轉(zhuǎn)化制氫反應(yīng)，適宜的工藝條件為：溫度830℃、壓力0.8MPa、空速2400h-1、CH4/Air/H2O=1/2.4/2。在適宜條件下進行的催化劑500小時穩(wěn)定性試驗中，