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《甲烷催化裂解制氢技术研究进展_张志.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第19卷第1期化学研究与应用Vo.l19,No.12007年1月ChemicalResearchandApplicationJan.,2007文章编号:1004-1656(2007)01-0001-0009甲烷催化裂解制氢技术研究进展张志,唐涛,陆光达(表面物理与化学国家重点实验室,绵阳市718信箱35分箱,四川绵阳621907)摘要:综述了甲烷催化裂解制氢的机理、影响因素以及催化剂的失活与再生,对影响甲烷催化裂解活性的因素如催化剂种类、载体种类、反应条件等方面进行了详细的论述。关键词:甲烷;催化;N;i氧化金刚石;裂解;制氢中图分类号:O643.32文献标识
2、码:A随着经济的发展,人类迫切需要开发洁净无污染的能源。氢能作为洁净高效的二次能源,早1甲烷在催化剂上裂解机理在20世纪70年代已经受到人们的高度重视,其用途主要有以下几个方面:氢作为一种高能燃料,CH4可以在一定条件下发生如下裂解[12]用于航天飞机、火箭等航天行业;氢作为保护气广反应,泛用于电子行业;在冶金、化工等领域,氢作为还催化剂0CH4C+2H2(H298=+75kJ/mol)(1)原剂和原料用于金属的冶炼和化工产品的合成,催化剂在CH4裂解反应中降低反应活化能,[1-3]同时被广泛用于贮氢材料性能研究。随着燃加快反应速率的作用,若(1)式反应使用的是Ni
3、料电池技术的迅猛发展以及其制造技术的日臻成是催化剂,则CH4催化裂解的机理可表示如下:熟,高纯度的氢气被广泛应用于燃料电池的燃料。CH4+xHiNixC+4H,x=1~3(2)目前,制氢的方法主要有电解水法、光解水2HH2(3)法、碳及碳氢化合物重整制合成气法和催化裂解CH4在Ni基催化剂上的解离是逐步进行的,法等,其中,碳氢化合物重整制合成气法制氢是当即通过CH3CH2CHC逐渐解离为金属碳化前大规模制氢最常用的方法,然而,合成气法制氢[13]物和氢,半经验计算表明由于CH3物种中金属的缺点是生成CO、CO2和H2的混合物,分离困与吸附质之间相互作用力较弱,高氢量
4、的CHx,例难,制氢成本是其最致命的弱点,而且,为了氢燃如CH3比CH2、CH更为活跃,因此在金属活性位-5料电池的使用(H2中CO浓度小于2010)和与载体之间迁移的物种主要为CH3,即H2以及低工业生产对洁净氢的需求,CO必须从H2中除去。含氢量的C物种主要由CH3产生,这种解离机理近几年来,甲烷催化裂解制氢成了研究的热能够解释大多数的实验现象。点,通过裂解CH4可以制备不含碳氧化物的H2(可直接借助PEMFC燃料电池使用)和碳纳米管2影响甲烷催化裂解的因素(CNTs,具有非常优良的机械强度、导电性与导热性),由于能够同时得到这两种非常重要的产品,2.1催化剂种类对
5、甲烷裂解的影响[4-11]所以该技术路线引起了许多研究者的重视。催化剂的种类是影响甲烷分解的重要因素,现已研究了多种过渡金属和贵金属负载型催化剂,这些催化剂大致可以分为两类:一类是以Fe、Co、Ni为主的B族复合金属氧化物或担载型催收稿日期:2006-01-04;修回日期:2006-04-20联系人简介:张志(1979-),男,硕士研究生,助理工程师,主要研究方向:氚工艺与金属氢化物研究。Emai:lzhangzhi1434@163.com.2化学研究与应用第19卷化剂,这类催化剂的优点是催化效率高、价格便是有多种单质或化合物组成的混合体,当它们各宜;另一类则是贵金属催化剂
6、及其与稀土金属氧自单独存在时,有的催化活性大,有的催化活性化物形成的复合氧化物,这些金属或金属氧化物小,有的甚至没有催化活性,但是把它们组合在一稳定性好,不易被氧化或腐蚀,在甲烷催化裂解研起时可大大提高催化活生。在甲烷催化裂解反应究中得到了一定的应用。时,为了提高催化剂的催化活性,我们经常把两种目前,在甲烷催化裂解制氢的研究中,Ni被广或两种以上的金属复合起来使用,HitoshiOgiha[24][9]泛的用作催化剂活性材料。ErmakovaMA等ra、S.Takenaka等研究了甲烷在不同的钯合[14]人研究了90%Ni-10%SiO2(质量分数)和金上的转化率,结果发现
7、在研究以Al2O3为载体90%Fe-10%SiO2两种体系对甲烷催化裂解的影的钯合金催剂上,Pd-Ni/Al2O3、Pd-Co/Al2O3催响,结果发现Ni-SiO2体系的催化效率远远大于化剂在973K时,氢气的产量较高。L.B.Avde[25]Fe-SiO2体系,前者氢气产量也远远高于后者,而eva,JianzhongL研究了不同含量的Ni-Cu和[15]且Fe基催化剂在较短的时间内失去活性。尽Ni在Nb2O5载体上的催化裂解效率(见表1),从[16]-1-1管K.J.Smith等人测得在还原Co/
