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合成气作为重要化工原料,应用非常广泛。通过CO2干重整CH4制合成气被认为是目前最有效的合成气制备方法之一,该过程同时利用两种主要的温室气体实现资源化利用,对减轻环境污染和碳排放有重要意义。Fe基催化剂为绿色环境友好型催化剂,但是用于干重整过程催化活性低、易积炭失活。微波加热具有的高效性、选择性等优点及在某些情况下与强吸波介质之间可能发生的耦合作用(如微波热效应、金属放电、微波消碳等),使得微波有望作为一种新型的加热方式用于重整反应。本文以泡沫陶瓷为载体、以Fe为活性组分制备廉价催化剂,利用微波与催化剂各组分之间的耦合作用,探讨用绿色廉价的催化剂代替贵金属催化剂的可行性。主要研究重整反应过程特性及影响因素,并对重整反应过程的积炭及反应机理进行探讨,为C02重整CH4新技术的研发及应用提供参考。以多孔聚氨酯海绵作为前驱体,利用有机泡沫浸渍法制备A1203和SiC·Si02两种催化剂载体。研究了烧结温度和助剂含量对催化剂载体吸波能力和抗压强度影响,当烧结温度为1200℃,助剂含量为20wt%左右时,催化剂载体在吸波和抗压方面表现出较优异性能。研究了不同操作条件(催化剂载体、活性组分含量、微波功率、空速)对重整反应特性的影响,主要结论如下:1)随着微波辐照时间的延长,Fe/Al203催化剂和Fe/(SiC·Si02)催化剂温度都呈现先稳步增大直到最高点,然后略有下降的趋势。微波辐照下,Fe/Al203催化剂在30min时达到最高温度600℃,Fe/(SiC·Si02)催化剂在3min时达810℃;2)Fe/Al203催化剂重整反应不明显,而Fe/(SiC·Si02)催化剂重整效率在5-8min左右时达到极值转化率95%左右;3)随着活性组分增大,反应物转化率和产物选择性都先快速增加然后略有降低。当Fe负载量为12%左右时,催化剂的综合性能相对最优,CO2转化率达到93%,氢气一氧化碳选择性高于95%;4)微波加热功率越低,重整反应过程越长,反应物转化率越低。与满功率相比,微波功率为720W时,CH4、CO2最大转化率略低,达到稳定所需时间延长;5)反应物的转化率及产物的选择性都随着原料气空速增大而减小。对典型条件下的重整反应过程进行在线质谱研究,发现重整反应过程中反应物(产物)变化可分为三个阶段。在床层温度为810℃时,CH4和CO2转化率达到95%以上,氢气一氧化碳选择性高于95%。最终稳定后床层温度约777℃,反应物转化率在85%以上。对反应前后催化剂的表征,发现随着重整反应进行,积炭量越来越多,导致催化剂孔容积、比表面积有所下降。反应50h后催化剂积炭量约1wt%,而且主要积炭类型为纤维状积炭。另外还发现,某些积炭及碳化物在微波作用下会成活性中心,促进重整反应的进行。基于试验结论提出了常规加热下Fe基催化剂用于重整的可能反应机理,结合微波加热独特作用,认为微波可以促进积炭的活化,加速整个重整反应过程。