随着双碳目标的提出与CO2减排战略的持续推进,亟需开发清洁可再生能源,实现能源转型。氢作为一种高能量密度的清洁新能源受到广泛关注,选择合适的制氢工艺是发展氢能产业的关键。甲烷裂解制氢是一种清洁的制氢工艺,该过程不产生CO2,是连接化石燃料和可再生能源的过渡工艺。但是,开发合适的催化剂是该工艺面临的主要问题之一,活性炭相较于金属催化剂具有价格低廉、可再生的优势,且天然气中酸性气体杂质可能会影响甲烷裂解制氢效率。本文从天然气中本身含有的酸性气体杂质CO2、H2S可能会影响活性炭（AC）催化甲烷裂解制氢效率的角度出发,利用合理的实验设计与模拟研究,得到了酸性气体影响AC催化甲烷裂解的机理,为实现AC催化天然气裂解制氢工业化提供了理论研究基础。具体内容如下:首先对AC催化剂自身的催化特性进行研究。采用10%、30%和50%质量浓度的硝酸处理AC以研究比表面积、孔隙结构和表面官能团等因素变化对其性能的影响。对酸处理前后AC进行了表征和分析,并评估了影响其催化性能的关键因素。酸处理后,AC的比表面积和孔隙体积减少,含氧和含氮官能团的数量增加。含氧官能团的增加会增加AC表面活性位点的数量,但实验表明,比表面积和孔隙体积对其性能起更大作用,并与甲烷转化率呈近似线性相关。AC中较多的微孔可以促进甲烷分子在AC上的吸附,比表面积和孔隙体积的减少主要与微孔的消除有关,这会降低AC的催化性能。其次结合实际天然气中酸性气体浓度,研究了在850℃、900℃和950℃温度下0-7.2%的CO2与0-300 ppm H2S对活性炭催化甲烷裂解效率的影响。结果表明,CO2对AC催化性能有促进作用,主要表现在反应前期阶段,0-7.2%浓度的CO2都可以提高甲烷裂解效率,其中4.8%浓度的CO2最有利。加入0-300 ppm的H2S可以提高甲烷转化率并延迟AC催化剂的失活时间,H2S的积极作用是通过改变碳沉积形态,进而改变AC孔隙宽度分布和比表面积来实现的。在H2S的作用下,AC在反应过程中具有较多的微孔,这促进了甲烷分子在AC上的吸附。最后对CO2与H2S促进甲烷裂解的机理进行深入研究。得到如下结论:CO2通入系统后首先与AC催化剂本身反应,释放更多含氧官能团,增加活性位点,从而提高甲烷转化率。待沉积碳逐渐累积直至完全覆盖活性炭,CO2无法与活性炭本身反应,也难以与沉积碳反应,促进作用随之消失。H2S通过促进甲烷分解的第一步改变CH4分解途径,H2S先解离成HS-,随后不饱和S原子吸引CH4使CH4脱氢与HS-形成新的H2S分子,之后H2S继续这一循环过程。H2S不改变CH3→C剩余脱氢过程中的反应步骤。本论文有图44幅,表9个,参考文献132篇。