文档介绍：甲烷二氧化碳重整 Page ?2 一、研究背景: 一方面,该过程产生的合成气中 H 2/ CO 比约为 1 ,是羰基化反应及费托合成的理想原料。另一方面甲烷重整反应能够同时将两种温室气体(甲烷和二氧化碳) 转化为合成气,减少了 CO 2排放,具有环保意义。而且该过程特别适用于富含 CO 2的天然气田, 减少了分离 CO 2带来的费用。 Page ?3 二、甲烷来源?甲烷是含碳量最小(含氧量最大)的径,是沼气,天然气,***,坑道气和油田气的主要成分。我国天然气储量也很多,列居世界第 10位,天然气产量则居世界第 19位。?近年来,科学家发现甲烷的另外一个潜在来源——天然气水合物(可燃冰)。据估算,可燃冰中的甲综资源占全球煤、石油、天然气甲烷资源的 53% ,其总能量是所有其他化石燃料能量总和的 2-3 倍。 Page ?4 三、重整催化剂的研究?对 CH 4 -CO 2重整反应催化剂的研究,主要有催化剂的构成和催化剂制备方法。?催化剂主要成分为活性组分、载体、助剂三个部分。 Page ?5 四、催化剂?一般来说, CH 4 -CO 2重整制合成气反应的催化剂的活性组分是采用 VIII 族过渡金属(除 Os) ,其中, Ni作为该反应催化剂的活性组分表现出很强的催化活性,且金属 Ni价格相对低廉,所以对 Ni基催化剂的报道很多。研究表明:对于该反应过程,贵金属催化剂具有较高的活性和抗积炭性能[1-3] ,其中, Rh 、 Ru 和 Ir的催化性能最好, Pt、 Pd 稍差些;因积炭等原因会导致催化剂失活速度比较快,所以非贵金属催化剂的稳定性较差。非贵金属对该反应的催化活性顺序为 Ni>Co>Cu>Fe [4]。虽然贵金属的活性和抗积碳性能好,但是其资源有限、价格昂贵,反应过后需要回收。非贵金属催化剂抗积炭性能较差,但是价廉易得,所以目前都有不少研究。研究者都至力于制备价廉,活性高且抗积碳性能好的催化剂。 Page ?6 、单金属催化剂 CH 4 -CO 2 重整反应的单金属催化剂以镇基催化剂为主,镍含量对催化剂活性及稳定性的影响一直是研究重点。 A rmin Moniri 等[5]将> Ni/ α-Al 2O 3 催化剂用于甲烷二氧化碳重整反应, 发现该催化剂活跃温度范围是 600 ℃-900 ℃。实验表明, 5wt.% Ni/ α-Al 2O 3 是最活跃的催化剂。 Ni 加载量超过 5wt% 会导致 Ni 分散度降低,另一方面, Ni 过量更容易造成催化剂的结焦失活。 Atiyeh R anjbar 等[6-9] 发现 7wt.%-8wt.% 的镇含量的催化剂抗积碳性能最好,镍含量的增加会造成积碳增加。同样,镇基催化剂的制备方法也对催化剂活性有一定影响,因为不同的制备方法改变了镇在载体上的分布方式[10-13] ,从而改变催化剂的性能。除以上两个因素以外,镍颗粒大小也对催化活性起着至关重要的作用[14-17] 。实验证明[18] ,较小粒径的镍有利于催化反应,因为镇晶粒尺寸小能延缓结焦,抵抗烧结。 Page ?7 、双金属催化剂?双金属催化剂通常包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂通常表现出优异的抗积碳性能。研究表明[19] , Au 的添加能有效地改善 Ni/ γ-A l 2O 3催化剂的抗积炭性和稳定性。对该催化剂进行了表征分析,结果表明:随着 Au 含量的增加, Au 束缚了高活性位的 Ni,使催化剂的活性稳定,且增强了催化剂的抗积炭性能。同样,添加 Pt、 Ir、 Pd 等金属也能改善催化剂的各项性能[20,21] 。 Page ?8 、催化剂优缺点?在 CH 4 -CO 2重整制合成气反应中,贵金属催化剂的活性高于非贵金属催化剂其用量少,且抗积炭能力强,但是贵金属催化剂成本高昂,不适合用于工业化应用。非贵金属催化剂的价格虽然便宜,但易积炭引起催化剂失活,因此需要通过载体改性、添加助剂或改进催化剂的制备方法等途径来提高催化剂的性能。目前,许多学者对这些方面进行了大量研究,并取得了一定的进展。 Page ?9 五、载体?载体是催化剂中催化剂和助催化剂的支撑体、分散剂和粘合剂。载体不仅对催化剂起物理支撑作用,它还能与活性组分发生相互作用从而影响催化剂结构和性能,由此而引起的催化剂活性组分颗粒大小、体相结构、金属分散度等特性的变化,都会影响催化剂的反应活性、稳定性和抗积炭性能,有的载体还有可能直接参与化学反应。 Page ? 10 ?王锐[22] 等考察了 Rh 在Al 2O 3, Si O 2和 CeO 2载体上的催化活性, 并对金属和载体间相互作用对 CH 4 -CO 2重整反应催化剂的抗积炭性能的影响进行了研究。实验发现, Rh 与载体间的相互作用越强,催化剂还原后