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首先对二甲醚水蒸气重整制氢热力学进行了计算分析,计算了独立反应的反应焓和反应吉布斯自由能随温度的变化情况。对于六组分体系,在温度小于200℃时,二甲醚的转化率随水的比例增加而增加,随温度的增加也是增加的;温度大于200℃时转化率接近100%。氢的选择性、平衡摩尔分数和产率随温度变化都有一个极值。对于七组分体系,氢的选择性和收率随温度的增加而增加。
接着合成了二甲醚水解所用的纳米ZSM-5分子筛,并进行了表征,找到了控制粒径大小的因素。考察了ZSM-5分子筛水解二甲醚的活性和稳定性,发现分子筛具有很好的活性,在290℃下能达到平衡转化率。影响活性因素有分子筛的合成浓度、反应温度和分子筛的硅铝比,活性随合成浓度的增加而增加,随反应温度的增加而增加,随硅铝比的增加而减小。对分子筛的失活原因进行了探讨,发现结焦不是分子筛失活的主要原因,分子筛脱铝是造成催化剂失活的根本原因。还考察了氧化物、二元氧化物及负载型的磷钨酸的活性,氧化物及二元氧化物的活性较小,而负载在二氧化硅上的磷钨酸具有很好的活性,也能使二甲醚水解达到平衡。
选择了活性较好的甲醇水蒸气重整制氢催化剂,对其还原条件进行了优化和分析。研究发现XNC-98催化剂在10%H2-Ar混合气氛,还原温度为280℃,还原时间为4h的条件下具有较好的活性和稳定性,甲醇的转化率达85%。
最后把二甲醚水解催化剂和甲醇重整催化剂复合,用在二甲醚水蒸气重整制氢体系。发现两种催化剂均能催化二甲醚水蒸气重整制氢反应。两种复合催化剂分别在290℃和250℃下能使反应的转化率达到第一步的平衡转化率。氢气的选择性几乎为1。