整体型海绵镍催化剂甲烷部分氧化制合成气研究.pdf

天津大学
硕士学位论文
整体型海绵镍催化剂甲烷部分氧化制合成气研究
姓名:孙长庚
申请学位级别:硕士
专业:化学工艺
指导教师:刘宗章
20040701
中文摘要
甲烷部分氧化制合成气具有能耗低、和选择性高、产物比
值接近等优点,适合于下游甲醇生产和以及合成。由于甲烷部分氧化反应是在高
温、高空速卜进行的,催化剂活性组份烧结、流失现象比较严重,而且催化剂易积炭,
因此研制和开发活性高、稳定性好的催化剂是该工艺实现工业化的关键。
本文考察了配比、空速、反应温度、高径比等工艺条件对整体型海绵镍催
化剂的影响,并对催化剂进行了一系列表征,为进一步改善催化剂提供依据。
实验研究表明,配比对反应有着显著的影响,随着配比增加,
转化率和选择性卜降,和选择性上升反应温度对催化剂性能影响较大,反
应温度升高有利于提高甲烷转化率、和的选择性,降低选择性空速对反应
也有一定的影响,空速增加,转化率、和选择性上升,选择性下降,当
空速增加到某一值后,转化率和选择性下降,和选择性趋向于一稳定值
随着高径比的增加,转化率、和选择性上升,选择性下降,当高径比超
过后,转化率和选择性趋向于一定值,选择性仍缓慢升。根据研究结
果确定优化后的工艺条件为反应温度,空速氏配比高
径比在此工艺条件下反应小时,转化率选择性选择性
,选择性。
为了考察本工艺在天然气部分氧化制合成气中的应用前景,实验中测试了在整体型
海绵镍催化剂上天然气的部分氧化反应性能,结果表明与甲烷为原料反应相比,天然
气部分氧化反应中甲烷转化率略低,对和仇选择性基本没有影响,证明该催
化剂具有较好的工业应用前景。反应结果如下转化率选择性
选择性,选择性。
实验表明,在催化剂表面难于脱附,表面氢与表面氧反应可能是生成
的主要途径,这也可能是选择性比较低的原因。
关键词甲烷,部分氧化、天然气、整体型海绵镍催化剂、氢脱附
仇





















诊
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学位论文作者签“孙从导师签名
签字日期月多日签字日期尹年了月多日
前言
由甲烷经合成气再制成燃料和化学产品是天然气利用的有效途径之一,天然
气化工产品中,的产品成本和装置投资用于造气部分,所以合成气的生产技
术一直是天然气化工开发研究的重点。天然气制合成气有水蒸气重整、甲烷部分
氧化、重整三种基本方式,还有它们的组合,其中水蒸气重整早己实现工业
化,但是水蒸气重整存在能耗高、投资大,所得合成气,不利于甲醇
生产、合成等其它重要后续过程的生产。
甲烷部分氧化反应生成的合成气中接近,且具有反应过程能耗低、
反应器体积小、效率高、在大空速反应条件下仍具有高转化率、高选择性等优点,
是目前天然气开发利用中最有前景的关键技术。
人们对甲烷部分氧化制合成气催化剂进行了人量的研究,贵金属等
在甲烷部分氧化制合成气反应中的催化效果良好,但催化剂制造成本过高过渡
余属,特别是系催化剂,由于其具有很高的活性、低廉的价格,能承受大空
速的操作条件且产率较高,具有诱人的工业应用前景,受到人们的极大重视。到
目前,人们研究最多的是负载型系催化剂,由于反应是在高温
高空速数量级下进行的,反应过程中催化剂活性组份易烧结、流失,而
且反应过程易生成积炭,催化剂活性有待提高,因此开发出高活性、高稳定性、
抗积炭的催化剂将是甲烷部分氧化制合成气工艺能否实现工业化的关键之一。
整体型金属催化剂由于具有较强的抗流失、抗积炭性能,将其应用于甲
烷部分氧化反应中取得了较好的效果。据报道使用金属球烧结制成的整体型催化
剂在为空速,条件下,转化率为选择性
为选择性为,实验表明催化剂稳定性较好,可重复使用,反
应活性和选择性不变。由于金属球表面光滑,比表面积低,因此提高金属