基于ni金属整体型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、』[IJ'[I,rllr,'flFIlrll,!rl[rF[1llIFl[rlJlfllrflPIllY1531359硕士学位论文Ni金属整体型催化剂催化甲烷自热部分氧化制合成气的研究AutothermalPartialOxidationofMethanetoSynthesisGasCatalyzedbyNimetallicmonolithcatalysts一级学科：化学工程与工艺学科专业：化学工艺作者姓名：李兵兵指导教师：王亚权教授天津大学化工学院二零零八年六月摘要目前工业上一般采用天然气水蒸汽

2、重整法制合成气，该反应能耗高、催化剂容易积炭，且生成的H2／CO比高，不适合一些后续过程。甲烷部分氧化制合成气过程投资小、能耗低、反应速率快，具有广泛的应用前景，近年来受到广泛关注。本论文工作采用泡沫镍制备成Ni金属片，通过酸处理获得Ni金属整体型催化剂；通过改变催化床层长度和空速，结合反应物转化率、产物选择性及催化剂床层温度的变化，研究Ni金属整体型催化剂上甲烷自热部分氧化反应的机理；此外，考虑到Ni金属整体型催化剂稳定性好，但活性低于负载催化剂的特点，还研究了Nimonolith．Ni／MgA

3、l204双床催化体系在甲烷自热部分氧化反应中的催化性能。研究结果表明，在Ni金属整体型催化剂上甲烷白热部分氧化中，反应过程分成两个阶段：首先是甲烷直接部分氧化，紧接着进行甲烷水蒸汽重整。在催化床层内前0．7mm氧化区域内，氧气基本消耗完全，甲烷的转化率、氢气和一氧化碳的选择性急剧上升。催化剂床层前端温度也急剧上升，并在约z=1．5mm处达到最高点。在氧气完全消耗后，剩余的甲烷与水进行重整反应，甲烷的转化率继续上升，但上升的速度明显下降；氢气和一氧化碳的生成速率也都降低，但一氧化碳下降得更快：同时催

4、化床层温度也迅速下降。二氧化碳的摩尔流量在水蒸汽重整区域内也略有增加，这说明有少量的水汽变化反应，但没有观察N--氧化碳重整反应。研究结果表明，Ni金属整体型催化剂上甲烷自热部分氧化反应合成气的生成主要是通过直接部分氧化，水蒸汽重整反应对合成气的贡献不大。研究Nimonolith．Ni／MgAl204双床体系的催化性能，发现Nimonolith-Ni／MgAl204双床的甲烷部分氧化活性和选择性高于Ni金属整体型催化剂，与Ni／MgAl204的催化活性近似。催化剂直径为16mm，室温进料，45％N

5、2稀释，进料流速为1．67L／min，Ni金属整体型催化剂长为3mm时，重整催化剂最小长度为9mm，双床的催化性能最高。当预热进料气体时，随着进料温度的升高，双床上甲烷自热部分氧化的反应性能都有不同程度的提高。关键词：Ni金属整体型，甲烷，自热，部分氧化，合成气，双床ABSTRACTSynthesisgasismainlyproducedbysteamreformingofmethane，whichhasseveralshortages，suchashighenergyintensity,easy

6、carbondeposition，andhigherH2／COratioswhicharenotsuitableforseveralimportantprocesses．Becauseofitslowinvestmentandlowenergyconsumptionwithinstantreactionrate，partialoxidationofmethanehasattractedmuchattention．Inthepresentwork，Nimetallicmonolithcatalyst

7、swerepreparedwithNifoamandfurthertreatedbyacid．InordertostudythemechanismofthecatalyticpartialoxidationofmethaneonNimetallicmonolithcatalyst，catalystlengthandgasflowratewerevaried，andglobalconversionandselectivitydatawerecorrelatedwiththecatalysttempe

8、ratureprofiles．Morever，consideringthattheNimetallicmonolithismuchstable，buthasloweractivitythansupportedcatalysts，Nimonolith-Ni／MgAl204dualbedwasstudiedfortheautothermalpartialoxidationofmethaneaswell．Theresultsshowedthatthereactionofmethaneau