稀土改性Ni催化剂用于天然气及C6以下低碳烃水蒸气重整制氢.doc

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1、稀土改性Ni催化剂用于天然气及C6以下低碳烃水蒸气重整制氢可行性研究报告一、选题的必要性1、项目所处技术领域产业政策；20世纪90年代以来多种因素的汇合大大增加了绿色氢能源的吸引力，促进了氢能经济的发展。这些因素包括：燃料电池技术的快速发展、对较低或零废气排放交通工具的需求以缓解大气污染、减少CO2排放和以缓解全球温室效应、减少对外国石油进口的需要、储存可再生电能供应的需求等。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，是人类的战略能源发展方向。2、项目所处技术领域的国内外现状和技术发展趋势；氢气是重要的工业原料和还原剂，在国民经济各领域，如化肥

2、（合成氨等）、石油化工、食品、精细化工、医药、电子、冶金、科研等行业被广泛地使用。同时氢气也是一种重要的绿色新能源。作为能源，氢能在二十一世纪将在世界能源舞台上扮演举足轻重的角色。它是一种极为优越的新能源，其主要优点有：（1）燃烧热值高：每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。（2）燃烧的产物是水，是世界上最洁净的能源。（3）资源丰富：氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。（4）相对安全环保：氢气分子量为2，仅为空气1/14。因此，氢气泄漏于空气中会自动逃离地面

3、，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会聚集地面而构成易燃易爆危险。并且氢气无味无毒，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污染环境。（5）氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造现在的内燃机稍加改装即可使用。（6）氢可以以气态、液态或固态的氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。由以上特点可以看出氢是一种理想的新能源。目前液氢已广泛用作航天动力的燃料。但因为氢是一种二次能源，自然界和大气中不含游离态的纯氢，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氢效率低。因此寻求大规模的廉价

4、的制氢技术是世界各国科学家共同关心的问题。氢能的大规模的商业应用还有待解决以下关键问题，即研发更高效耐用的催化剂，以替代目前广泛使用但稳定性较差的Ni基重整催化剂。使目前的工业制氢技术更加廉价可行和推广。开发低能耗，高效的氢气生产技术和方法，已成为国内外众多科学家关注的问题。目前大规模生产氢气的方法主要有：天然气水蒸汽重整、轻油水蒸汽重整、水煤气反应等。其中以天然气水蒸汽重整(SRM)应用最为普遍。通常在负载的镍基催化剂上发生如下反应，生成富含氢的混合气体：CH4+H2O=CO+3H2CO+H2O=CO2+H2目前，全世界约有1/2的氢气通过该方法制取。其基本工艺流程大致相同，即由原料

5、气处理、蒸气转化、CO变换和氢气提纯四大单元组成。世界上拥有天然气制氢技术的公司主要有法国的Technip，德国的Lurgi、Linde和Uhde，英国的FosterWheeler及丹麦的Topsoe。这些公司的装置均具备l×105Nm3/h以上制氢能力，其原料大部分为天然气、炼厂气和液化石油气(LPG)。可见在这些发达国家，工业制氢技术已经很成熟。近年来，国内虽然在天然气制氢设备及催化剂的开发上取得了很大进展。但在关键技术如发展高效耐用催化剂等方面，与国际水平还有很大差距。需要进一步改进提高。由于相对于Pt、Pd和Rh等贵金属，Ni的价格低廉，更适合于大规模工业制氢，目前上述国外公司

6、所用催化剂基本是含10-80%Ni的负载催化剂。把Ni负载在各种载体，如Al2O3,SiO2,Al2O3·SiO2,MgAl2O4,CaAl2O4等，再添加Cu,Cr,K,Zr和Mg等各种廉价氧化物作辅助成分即可得到有工业应用价值的成品催化剂。这些元素的添加，既可提高Ni成分的分散度，也可提高Ni和载体成分在高温下的稳定性，并提高重整过程中氧的传递能力。稀土离子具有特殊的4f电子结构并通常具有多种稳定变价，是一种良好的催化剂助剂。有研究表明，稀土离子如Ce和Pr等作为助剂可提高负载型的金属催化剂如Pt,Pd,Ni等金属活性催化中心组分在载体表面的分散度，并维持其在高温下的稳定性，因而使

7、其催化活性得到很大提高。同时，某些稀土氧化物由于本身含有少量活性氧，可以给活性金属组分供氧，因而提高催化剂的抗结碳性能，延长其寿命。并且，稀土离子La和Y等是传统的催化剂载体稳定剂，对载体的高温热稳定性也有很明显的提高作用。这些因素对得到高效耐用的催化剂均有关键作用。但迄今为止，利用廉价的轻稀土元素，如La,Ce,Y,Pr和Sm等改性Ni基催化剂以制备性能更好、更高效耐用的重整催化剂仅见少量研究，尚未见更详细的系统研究报导。3、项目技术先进性，