煤制天然气高温甲烷化催化剂的研究

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煤炭是中国最主要的消费能源,石油资源的短缺造成国际能源紧张,人们逐渐将目光转向对煤炭能量的开发。然而,传统的煤炭开发技术存在能量利用率低、排放污染性气体等问题。现代煤制天然气技术(SyntheticNatureGas,SNG)是通过煤炭转化工艺制取高热值天然气的高效洁净煤化工工艺技术,该项技术可以有效解决我国天然气供求矛盾问题,并对我国资源合理利用、节能减排具有重大意义。目前国内还没有成熟掌握该工艺技术,尤其是对高温甲烷化催化剂的研制还处于探索阶段,因此,开发优良的耐高温甲烷化催化剂对于我国煤制天然气工艺的发展起到关键性的作用。  本文对高温甲烷化催化剂主要进行了两个方面的研究:一方面是催化剂制备工艺上的不断探索和改进,主要包括制备纯Al2O3、ZrO2-Al2O3、SiO2-Al2O3、MgO-Al2O3、TiO2-Al2O3和纯TiO2等不同组成和配比的催化剂载体,进行了全混捏型、混捏-浸渍复合型和全浸渍型负载方式的筛选,探索了不同的助剂La2O3和Ce2O3的用量和配比,研究了活性组分Ni含量对催化剂性能的影响作用。根据对以上几个因素的考察,制备出多组不同组成、配比、负载工艺的催化剂样品。通过微型固定床反应装置对催化剂样品进行性能测试,筛选出较优的催化剂样品,并采用热重分析、BET比表面积测定、SEM等手段对其进行表征,得出较优的催化剂样品组成为20%Ni-2%Ce2O3-MgO/Al2O3。  另一方面是对催化剂反应工艺条件的优化,以较优催化剂样品为基础,对催化反应的还原条件、反应空速、反应压力和反应温度进行了筛选,并通过热力学数据计算出原料气中较优的氢碳比例,得出该催化剂适宜的还原条件为高纯H2空速2400h-1在500℃下还原5h,反应空速为4800h-1,反应压力为0.8MPa,适宜的原料气配比为:H2(v)/CO(v)=5∶1。优化条件下,多个样品通过连续72h稳定性试验测试显示,催化剂中低温段(300-400℃)转化率和选择性均在99%以上,高温段(500-700℃)转化率均大于63%,选择性高于80%,具有一定的耐高温性,并表现出良好的宽温适用性。
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