论文部分内容阅读
氢气作为一种高效优质的清洁能源,在世界能源消费结构中占有重要地位。现阶段工业制氢的主要途径是甲烷水蒸气重整,Ni基催化剂是最为常用的催化剂。甲烷水蒸气重整虽然已经工业化运用,但目前甲烷水蒸气重整仍面临着反应温度高,催化剂易积碳失活、稳定性差等问题。近年来电催化重整工艺受到一些关注,已被证实电催化工艺在生物油重整制氢及生物质焦油转化方面有着提升催化转化效率、抑制催化剂积碳等良好的效果,但该工艺在甲烷水蒸气重整领域未见报道,基于此本论文期望通过工艺改进的方式来解决目前甲烷水蒸气重整所存在的问题。论文首先使用常规Ni/γ-Al2O3及其MgO、CaO改性的催化剂,对“电催化”方法在甲烷水蒸气重整过程中的有效性开展了实验。制备了 Ni/y-Al2O3、Ni-MgO/y-Al203和Ni-CaO/γ-Al2O3催化剂,考察了在不同工况下电流强度对甲烷水蒸气重整CH4转化率、H2产率、CO选择性的影响,结果表明电流的引入能够提升CH4转化率、增加H2产率,尤其在低温下电流的促进作用显著。在三种常规催化剂中,Ni-CaO/y-Al2O3催化效果最佳,在电流为4.5A、水碳比(S/C,水蒸气与甲烷的摩尔比)为3、重整温度为700℃时,CH4转化率就高达95%以上。对催化剂进行稳定性测试表明,电流的通入还能显著提高催化剂的稳定性,延缓催化剂的积碳失活。为讨论电流在甲烷水蒸气重整过程中所起到的作用,对稳定性测试后的催化剂进行分析表征,发现电流的通入提升了催化剂中NiO的还原程度,增加催化效率;同时还能促进分子解离,使得催化剂在低温工况下拥有较高重整效率。电流的通入也抑制了反应过程中NiCx向石墨碳的转化,延缓了催化剂因积碳覆盖反应活性位点而造成的失活。结合电催化在甲烷水蒸气重整中的作用,为进一步提升低温条件下电催化甲烷水蒸气重整的效率,使用催化剂Ni-CeO2/Al2O3-MgO,考察了电流强度、温度、S/C对电催化甲烷水蒸气重整CH4转化率、H2产率和CO选择性的影响。改性后的催化剂在4.5A、S/C为3、温度为600℃的条件下,CH4转化率就能达到95%以上,且经9h稳定性测试催化剂无明显失活。将Ni-CeO2/Al2O3-MgO催化剂与Ni/Al2O3和Ni/Al2O3-MgO催化剂进行对照实验,并将对照实验结果进行表征分析,对比发现电催化作用下Ni-CeO2/Al2O3-MgO催化剂在低温拥有较高重整效率及良好稳定性是催化剂自身性质与电催化相结合的结果。本论文为解决甲烷水蒸气重整工艺现阶段存在的问题提供了一种新的方法和思路,为后续相关研究提供理论指导。