煤合成气甲烷化 ni 基催化剂研究.pdf

学校代码 10530 学号 201015071361
分类号 TQ 536 密级
 
硕  士  学  位  论  文 
煤合成气甲烷化 Ni 基催化剂的研究 

学位申请人申文龙
指导教师杨运泉教授/许光文研究员
学院名称化工学院
学科专业化学工程与技术
研究方向化学反应工程
 
 
二零一三年五月二十九日
Research on Ni-Based Catalysts for
Methanation of Coal Syngas


Candidate Shen Wenlong
Supervisor Prof. Yang Yunquan / Xu Guangwen
College Chemical Engineering
Program Chemical Reaction Engineering
Specialization Chemical Engineering and Technology
Degree Master of Science
University Xiangtan University
Date
湘潭大学 
学位论文原创性声明 
本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取
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作者签名:      日期:   年    月    日 
 
 
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作者签名:     日期:   年    月    日 
 
导师签名:     日期:   年    月    日
摘要
煤炭是中国现阶段主要的一次能源,主要集中在西部交通欠缺地区,煤炭的
利用面临着长距离运输所导致损耗大、成本高以及环境污染严重等问题,开展煤
炭资源的就地转化,特别是通过气化、甲烷化技术转化成可以管道输送的天然气
对我国能源战略具有重要的意义。煤气化技术已经相当成熟,煤制天然气剩下的
技术难题是合成气甲烷化,然而甲烷化技术的关键是研发活性高且稳定性好的催
化剂。
本文通过研究制备方法、活性组分 Ni 含量、助剂 Mg 的添加、水热温度和
时间等因素对催化剂甲烷化活性的影响,发现共沉淀与水热复合法制备的催化剂
机械强度大且活性较高;Ni 含量为 20 wt%时,催化剂活性较好;助剂 Mg 的添
加对催化剂活性略有提高,且有利于提高催化剂的稳定性;水热温度及时间对催
化剂活性影响不大,与商业催化剂 N182(40 wt% Ni 含量)活性比较表明,自制的
催化剂活性组分 Ni 含量低但活性更优。
通过共沉淀水热复合法制备的 Ni-Mg/Al2O3 催化剂,考察中温焙烧和还原对
其结构和甲烷化催化性能的影响,通过 XRD、H2-TPR、TEM 等表征发现随焙烧
温度增加,催化剂中 NiAl2O4 物相呈增多趋势,至 900℃时,催化剂中镍物种完
2
全以 NiAl2O4 形式存在,催化剂比表面积从 500℃焙烧的 130 m /g 降至 900℃焙
烧的 34 m2/g。针对 600℃焙烧的催化剂,反应活性随还原温度升高呈现先增加
后降低的趋势,其最佳还原温度为 650℃,这主要是 Ni 物种还原度、还原后 Ni
晶粒尺寸等多重因素影响。通过关联甲烷化性能与催化剂结构发现 NiO 与载体
Al2O3 之间相互作用适中,还原后表面能够形成尺寸较小的镍晶粒,催化剂才具
有较好的甲烷化活性和稳定性。
针对高温焙烧生成难以还原的镍铝尖晶石结构,考察了高温 1000℃还原对
其甲烷化反应性能及结构的影响。对于 1000℃还原条件下不同温度焙烧的催化
剂,通过 XRD、H2-TPR、TEM 及 BET 等表征发现随着焙烧温度的增加,Ni 晶
粒均较大,均出现 MgAl2O4 尖晶石结构,孔容和比表面积逐渐减小而最终趋于
稳定,而活性呈现出先增大后降低的趋势。针对 80