本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于吸附強化甲烷水蒸汽重整體系的新型一體化材料的開發(fā)

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【摘要】：目前工業(yè)上主要的制氫技術(shù)是甲烷水蒸氣重整(SMR)工藝,但存在反應(yīng)溫度高、能耗大、工藝復(fù)雜等技術(shù)瓶頸。吸附強化甲烷水蒸重整(SE-SMR)制氫技術(shù)可以在線吸附反應(yīng)生成的CO2,從而打破反應(yīng)平衡,使反應(yīng)可在低溫下進行,而且可制得高純H2,從而簡化后序的CO轉(zhuǎn)化流程,因而得到廣泛關(guān)注。目前,該研究領(lǐng)域的關(guān)鍵問題包括：高耐久性吸附劑的開發(fā)、吸附和反應(yīng)溫度的匹配及吸附劑和催化劑的耦合等。針對以上問題,本文制備了K2C03改性Li4SiO4吸附劑和Ni/y-Al2O3催化劑,對吸附重整耦合反應(yīng)行為及一體化吸附催化劑的制備工藝進行了研究。首先,分別對吸附劑的吸附能力和催化劑的催化活性進行評價。結(jié)果表明K2CO3改性Li4SiO4吸附劑在低CO2分壓和水蒸氣氛圍下具有較好的吸附能力和穩(wěn)定性；Ni/y-Al2O3催化活性較高,并且在低溫和高溫下穩(wěn)定性均較好。其次,考察了吸附劑和催化劑在SE-SMR反應(yīng)系統(tǒng)中不同條件下的耦合行為。結(jié)果表明,在450-650℃范圍內(nèi),SMR反應(yīng)平衡被打破,CH4轉(zhuǎn)化率和H2收率被明顯提高,在550℃ H2收率在SMR反應(yīng)中在僅78%,而在SE-SMR反應(yīng)中提高到95%以上；與分層填料方式相比,吸附劑／催化劑以機械混合方式填料時H2收率更高；增加吸附劑量會提高H2收率,但繼續(xù)增加吸附劑量時H2收率變化不明顯；且吸附劑／催化劑粒徑應(yīng)該控制在40目以上,因為粒徑較小時吸附劑和催化劑接觸面積較大,LiKCO3共融物容易遷移到催化劑表面,堵塞孔徑,造成催化劑失活。此外,由于利用N2再生吸附劑時溫度較高,需要后序的分離裝置提純CO2,因此本文提出了利用水蒸氣再生吸附劑。與干氣再生吸附劑相比,利用水蒸氣再生吸附劑時再生速率較快,穩(wěn)定性也較好,同時可以直接獲得高純CO2。最后,為了進一步減少擴散阻力,提高H2收率,本文研探討了吸附劑／催化劑一體化的制備研究。發(fā)現(xiàn)采用浸漬沉淀法和溶膠凝膠法均可以制備出吸附能力優(yōu)異的吸附劑,但由于Li2O、Al2O3及NiO高溫下容易反應(yīng)生成復(fù)合氧化物,導(dǎo)致所制備的一體化催化劑沒有催化活性。而利用膨潤土將吸附劑／催化劑粘結(jié)在一起時,該一體化催化劑表現(xiàn)出強化能力,但因膨潤土組分復(fù)雜影響吸附劑吸附能力,進而導(dǎo)致強化效果比機械混合時較弱。
【關(guān)鍵詞】：正硅酸鋰 耦合行為 水蒸氣脫附 一體化催化劑
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-12
• 第2章 文獻綜述12-30
• 2.1 甲烷水蒸氣重整(SMR)制氫系統(tǒng)簡介12-13
• 2.2 吸附強化甲烷水蒸氣重整(SE-SMR)系統(tǒng)簡介13-14
• 2.3 CO_2吸附劑的研究現(xiàn)狀14-19
• 2.3.1 CaO基吸附劑14-16
• 2.3.2 水滑石類吸附劑16-17
• 2.3.3 鋰基吸附劑17-18
• 2.3.4 吸附劑的選擇18-19
• 2.4 Li_4SiO_4類吸附劑研究現(xiàn)狀19-20
• 2.4.1 Li_4SiO_4吸附劑的制備19
• 2.4.2 改性Li_4SiO_4吸附劑的研究現(xiàn)狀19-20
• 2.5 SMR制氫催化劑的研究現(xiàn)狀20-24
• 2.5.1 SMR制氫催化劑的載體20-21
• 2.5.2 SMR制氫催化劑的活性組分21-23
• 2.5.3 SMR制氫催化劑的制備方法23-24
• 2.6 SE-SMR制氫系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀24-26
• 2.7 實驗室前期工作進展26-28
• 2.8 研究內(nèi)容及框架28-30
• 第3章 實驗部分30-41
• 3.1 實驗原料30
• 3.2 實驗儀器及設(shè)備30-31
• 3.3 吸附劑/催化劑制備步驟31-34
• 3.3.1 K_2CO_3改性Li_4SiO_4吸附劑制備步驟31-32
• 3.3.2 Ni/γ-Al_2O_3催化劑制備步驟32
• 3.3.3 浸漬沉淀法制備一體化催化劑步驟32-33
• 3.3.4 溶膠凝膠法制備一體化催化劑步驟33
• 3.3.5 以膨潤土為粘結(jié)劑制備一體化催化劑步驟33-34
• 3.4 吸附劑/催化劑評價34-38
• 3.4.1 吸附劑評價裝置34-36
• 3.4.2 吸附劑評價步驟36-37
• 3.4.3 催化劑評價步驟37
• 3.4.4 吸附劑/催化劑耦合評價步驟37-38
• 3.4.5 一體化催化劑評價步驟38
• 3.5 吸附劑/催化劑表征38-39
• 3.5.1 X射線衍射儀38
• 3.5.2 鎢燈絲型掃描電鏡38
• 3.5.3 比表面和孔隙分析儀38
• 3.5.4 離子體發(fā)射光譜儀38-39
• 3.5.5 能譜儀39
• 3.6 評價指標計算方法39-41
• 3.6.1 吸附劑評價指標39
• 3.6.2 催化劑評價指標39
• 3.6.3 吸附強化反應(yīng)評價指標39-41
• 第4章 吸附劑吸附能力和催化劑催化活性研究41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 K_2CO_3改性Li_4SiO_4吸附劑吸附能力研究41-46
• 4.2.1 K_2CO_3改性Li4SiO_4吸附劑表征41-43
• 4.2.2 吸附劑在濕氣氛圍吸附能力評價43-46
• 4.3 Ni/γ-Al_2O_3催化劑活性評價46-55
• 4.3.1 Ni/γ-Al_20_3催化劑表征46-48
• 4.3.2 催化劑反應(yīng)活性測試48-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 吸附劑/催化劑耦合行為研究56-69
• 5.1 引言56
• 5.2 吸附強化熱力學(xué)行為分析56-58
• 5.3 吸附劑/催化劑耦合行為研究58-64
• 5.3.1 CO_2吸附速率與生成速率對比58-59
• 5.3.2 溫度對吸附強化行為的影響59-60
• 5.3.3 吸附劑量對吸附強化行為的影響60-61
• 5.3.4 填料方式對吸附強化行為的影響61-62
• 5.3.5 粒徑對吸附強化行為的影響62-64
• 5.4 吸附強化穩(wěn)定性研究64-65
• 5.5 K_2CO_3改性Li_4SiO_4吸附劑再生策略研究65-67
• 5.6 小結(jié)67-69
• 第6章 K_2CO_3改性Li_4SiO_4吸附劑和Ni/γAl_2O_3催化劑一體化的研究69-79
• 6.1 前言69
• 6.2 不同方法制備K_2CO_3改性Li_4SiO_4吸附劑的吸附能力評價69-73
• 6.3 一體化催化劑活性評價73-75
• 6.3.1 雜元素對吸附劑吸附能力的影響73-74
• 6.3.2 一體化催化劑活性測試74-75
• 6.4 以膨潤土為載體制備一體化催化劑75-77
• 6.5 小結(jié)77-79
• 第7章 結(jié)論與展望79-81
• 7.1 結(jié)論79-80
• 7.2 展望80-81
• 參考文獻81-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄88-89
• 致謝89

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：948530