论文部分内容阅读
甲烷干气重整反应可以将甲烷和二氧化碳两种温室气体转化为工业原料合成气。Ni基催化剂是该反应最具工业应用潜力的催化剂,但是现有镍基催化剂易积碳、易烧结、失活快等原因限制了其工业应用,因此提高镍基催化剂的催化性能和抗积炭能力具有十分重要的理论和实践意义。本文从提高催化剂的抗积碳性能出发,合成了三种新型催化剂,研究不同因素对催化剂在甲烷干气重整中活性和抗积碳性能的影响,分析了形貌结构与催化剂性能之间的关系。主要研究成果如下:通过对载体、合成方法和Ni含量的筛选和优化,得出共沉淀法制备时最优条件为:pH值10左右,空气中55℃焙烧,850℃下氢气还原1h下制备的Ni0.27Mg2.73Al-LDH具备较好的催化性能。通过探讨工艺条件,得出适当的添加惰性填料的用量可以提高催化剂的有效利用率,催化剂用量为0.15g时,惰性填料用量为2g较为合适。选择在反应温度为750℃,原料气的总流量为220 mL/min,进气比为CO2:CH4:N2=5:5:1的反应条件下,作为催化剂的催化性能考评条件。利用水滑石的结构特征和稀土助剂La的促进作用,制备得到不同La含量改性的Ni0.27Mg2.73Al-LDH催化剂。研究表明,La的加入可有效地调控催化剂还原性能、碱性位点以及催化剂中活性组分的分散度,CO2与La2O3反应生成的La2O2CO3能够抑制积碳的形成,进而有利于催化剂抗积碳性能的提升,当La含量为1.Owt%时,催化剂的催化活性最高,在反应100 h后,该催化剂仍保持着比未添加La催化剂更高的活性。基于Ni0.27Mg2.73Al-LDH和1 0wt%Ni/MgAl2O4两种基础催化剂,制备出SiO2包覆的包覆型Ni基催化剂,并分析和比较了各催化剂的催化活性和结构表征。研究表明,包覆层Si02的存在增加了金属Ni颗粒与载体之间的结合力,抑制了Ni颗粒在催化剂表面的迁移团聚,抑制了Ni颗粒烧结长大,提升了催化剂的稳定性和抗积炭性能。SiO2的前驱物在催化剂表面成核与否与催化剂的结构和颗粒尺寸大小密切相关,颗粒尺寸较小的Ni0.27Mg2.73Al-LDH@SiO2为部分包覆催化剂,而颗粒尺寸较大的1 0wt%Ni/MgAl2O4@SiO2为完全包覆的催化剂,因此,前者的包覆效果和抗积炭性能的改善相对于后者为弱。