双床催化剂催化甲烷自热部分氧化制合成气的研究

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1、天津大学硕士学位论文双床催化剂催化甲烷自热部分氧化制合成气的研究姓名：陈广垠申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：王亚权20090501摘要甲烷部分氧化反应制合成气作为甲烷利用的有效途径之一，与传统的水蒸汽重整法制合成气相比，具有投资小、能耗低、反应速率快等优点，而且生成的H2／CO比约为2．0，可直接应用于下游的甲醇生产或费托合成，具有广泛的应用前景。本论文基于甲烷部分氧化反应制合成气的氧化．重整机理，采用通过酸处理泡沫镍制得的Ni金属整体型催化剂作为氧化反应催化剂，以Ni／MgAl204颗

2、粒或NiMg／a．A1203整体型催化剂作为重整反应催化剂，设计了用于甲烷部分氧化反应的Ni-Ni／MgAl204和Ni-NiMg／a．A1203两种双床催化体系，考察了它们在自热条件下的催化性能，研究了床层形式，床层长度、进料流速、预热进料温度等工艺条件对Ni-Ni／MgAI：04和Ni-NiMg／a．A1203两种双床催化体系反应性能的影响，并与单床上的结果进行了比较，利用BET、TGA和XRD等技术对反应前后的重整催化剂进行了一系列表征。Ni-Ni／MgAl20。双床催化体系在重整催化剂的镍

3、负载量为10wt．％时，催化活性和选择性最高。对Ni-Ni／MgAl204双床催化体系，在进料比CH4／02=2．0，进料流率为1676ml／min(S．T．P)，氧化段床层和重整段床层长度均为5mm时，甲烷转化率、氢气和一氧化碳的选择性分别达到85．3％、91．5％和93．0％；预热进料可进一步提高反应性能。对Ni-NiMg／ct-A1203双床催化体系，在进料比CH4／02--2．0，进料流率为1676ml／min(S．T．P)，氧化段床层长度为5mm，重整段床层长度为9ram时，甲烷转化率、

4、氢气和一氧化碳的选择性分别达到84．5％、95．3％和91．9％。研究结果表明，双床催化体系能够促进下游的重整反应，有效改善单床催化剂的反应性能，迸一步提高甲烷转化率和合成气选择性。对重整催化剂的表征及双床的稳定性测试结果表明，将高温下稳定的Ni金属整体型催化剂置于床层上游可以避免重整催化剂暴露在高温、高分压的甲烷气氛和氧化条件下，有效地抑制了负载型Ni基重整催化剂的晶粒烧结、积碳或活性组分流失，使得双床催化剂具有良好的稳定性。关键词：Ni金属整体型，Ni／MgAl204负载颗粒催化剂，NiMVa

5、．Ah03整体型催化剂，双床，甲烷自热部分氧化，合成气ABSTRACTSyngasproductionthroughmethanepartialoxidationisoneofthepromisingwaystoefficientlyutilizemethane．Comparedwithsteamreforming，partialoxidationismorefavorablebecauseofitslowcost，lowconsumptionofenergyandthesyngaswithapr

6、operH2／COmolarratioof2．0，whichcouldbedirectlyusedaSfeedformethanolorFischer-Tropschsynthesis．Inthepresentwork,baSedontheoxidation-reformingmechanism,adualbedsystemWaSusedfortheautothermalpartialoxidationofmethanetosyngas．Nimetallicmonolithcatalystswer

7、epreparedwithNifoamandfurthertreatedbyacid,andusedaStheoxidationcatalysts．SupportedNi／MgAl204particlesandNiM．∥n—A1203monolithswerepreparedasthereformingcatalysts．ThereformingcatalystswerecharacterizedbyBET。TGAandXRDbothbeforeandafterreactions．殆eNi-Ni／

8、MgAh04dualbedhadthehighestactivitywhenthenickelloadingonthereformingcatalystWaS10wt．％．111eeffectsofbedconfiguration,bedlength,inletflowratesandpreheatingtemperaturesonthereactionwereinvestigatedforNi-Ni／MgAl204andNi-NiMg／a-A1203dualbed,andther