合成天然气研究：镍基催化剂的工业化探索与性能研究

合成天然气研究：镍基催化剂的工业化探索与性能研究

【摘要】：合成天然气是一种清洁能源，国内外对其的研究越来越多。甲烷化催化剂是合成气制天然气的一项核心技术，镍基催化剂是甲烷化反应最常用的催化剂，但国内研究的甲烷化催化剂在工业生产中实际应用的报道很少，因此开展镍基催化剂的工业化研究具有重要的意义。本文以本课题组前期研究得到的Ni-La/催化剂为基础，主要研究粒径加大、制备规模加大对催化剂活性和稳定性的影响，考察催化剂在工业气源条件下的性能，研究催化剂的甲烷化反应动力学。得到以下主要结果：选用商品氧化铝为载体，粒径分别为0.45～1、1～2、2～3、3～4 mm，采用等体积浸渍法制备不同粒径的催化剂。 利用N_2物理吸附、EDS、XRD、H_2-TPR等研究了催化剂的比表面积、活性组分分布、相结构和还原性能，并考察了催化剂的活性和稳定性。结果表明，在研究的粒度范围内，粒度的增加对CO转化率和CH_4选择性无明显影响，但催化剂粒度的增加使反应后催化剂表面的积碳量增加，导致催化剂稳定时间下降。采用等容浸渍法制备了不同规模的催化剂，分别为10，100，200，500g，通过表征对比了4种催化剂的结构，考察了初步增大粉末状催化剂的稳定性，并对4种催化剂的活性和稳定性进行了评价。结果表明，在研究的剂量范围内，剂量的增加对CO转化率和CH_4选择性无明显影响，但随着制备规模的增加，催化剂的稳定性降低。 XRD和TG表征表明催化剂的失活主要是由于催化剂表面积碳的增加造成的。在反应温度250～400℃、空速30000-h~（-1）、H_2/CO比2.5～3.0、压力2MPa的条件下进行动力学实验。利用CO氢助解离反应机理和LH模型推导了双曲函数动力学方程。采用最小二乘法估算动力学参数，利用软件对动力学方程进行求解。利用方差分析对动力学方程和关系进行统计检验和残差分析。结果表明，动力学方程拟合效果良好，残差分布合理，动力学方程可靠合理。