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关键词：
2,6-二甲基吡啶,甲醇,丙酮,氨化,铅,铁,钴,ZSM-5分子筛
发表时间：
2012-07-05 17:23:08
低水碳比条件下Ni_CeO_2_Al_2O_3催化剂上液化石油气的预重整
李怡 | -> | 1271| 0| 1100.406MB |镍,氧化铈,氧化铝,液化石油气,预重整,水碳比
摘要：采用硝酸盐溶液共浸渍薄水铝石制备了不同 Ni 含量的 Ni/CeO2/Al2O3 催化剂, 并采用 X 射线衍射、N2 物理吸附和程序升温还原等手段对其进行了表征. 结果表明, Ni 和 CeO2 物种之间存在较强的相互作用, CeO2 的加入有利于 NiAl2O4 还原成金属 Ni,而金属 Ni 又促进了 CeO2 还原并与 Al2O3 反应形成 CeAlO3. 详细研究了 Ni/CeO2/Al2O3 催化剂在低水碳摩尔比条件下催化预重整液化石油气 (LPG) 的反应性能, 考察了 Ni 含量、反应温度和水碳摩尔比对催化剂性能的影响. 结果表明, 在 275 ~ 375 oC 的条件下, 催化剂表现出很高的 LPG 预重整反应活性. 较高的 Ni 含量和水碳摩尔比不仅有利于 LPG 重整为 H2 和碳氧化物, 也有利于碳氧化物和 H2 的甲烷化反应. Ni/CeO2/Al2O3 催化剂在低水碳摩尔比条件下表现出较高的稳定性和优良的抗积炭性能. 提出了在低水碳摩尔比条件下高碳烷烃预重整的反应机理.
随着能源与环境问题的日趋严峻, 高能效、低污染的燃料电池技术引起人们的广泛重视. 分子 H2 能够通过燃料电池高效地转化为电能, 并实现温室气体和有害物质的零排放, 被认为是未来最理想的燃料电池原料[1,2]. 目前, H2 主要由天然气水蒸气重整,随后进行水气变换反应制得[3,4]. 然而, 在偏远和人口稀少的地区, 提供天然气的基础设施相当缺乏. 而天然气存储和运输需要耗费大量的能量, 费用很高.这使得制 H2 设施只能建在天然气管网附近. 研究新的制 H2 原料已备受关注[5,6].
液化石油气 (LPG) 等液态烷烃具有比天然气更高的能量密度、储送方便和成熟的商业化配送网络,是一种可选择的制氢替代原料[7,8]. 然而, 在高温下高碳烷烃的热裂解或蒸气裂解过程中产生的积炭和活性组分的烧结导致催化剂严重失活和反应床层的堵塞[9,10]. 一个有效的解决方法是将高碳烷烃进行分步重整, 即首先在较低温度下将大分子烷烃进行预重整转化为甲烷和碳氧化物等小分子气体, 然后再经高温 (700 oC 以上) 将甲烷重整生成 H2 和碳氧化物[11,12]. 为了抑制催化剂上形成积炭, LPG 预重整通常在 400~500 oC 和较高的水碳摩尔比 (S/C ≥ 2.5) 条件下进行[11]. 然而, 从降低能耗和减小重整反应器体积考虑, 研制在更低温度和更低水碳比条件下预重整催化剂, 对发展以高碳烷烃为 H2 载体的氢燃料电池具有更重要意义. 最近的研究表明, Ru 和 Pt 等贵金属催化剂在低水碳比 (S/C ≤ 1.0) 下, 对丙烷和LPG 等预重整反应表现出较高的催化活性和抗积炭性能[13,14].
Ni 基催化剂, 特别是负载型 Ni/Al2O3 催化剂,对烷烃重整反应具有较高的活性且价格便宜, 因而被广泛研究. 但由于在反应过程中, 催化剂容易积炭而失活; 而且在低温条件下,Ni/Al2O3 催化剂活性很低.因此, 到目前为止, 有关低水碳摩尔比条件下的烷烃预重整 Ni 基催化剂鲜有报道. 研究表明, Ni 基催化剂的活性、稳定性和抗积炭性能可以通过调控催化剂的制备方法和使用结构和电子助剂等而得以改善[15,16].
CeO2 以其独特的性能被广泛用作催化剂助剂,可提高载体 Al2O3 的热稳定性[17], 促进金属在载体表面分散[18,19], 提高水在载体表面的吸附能力和催化剂的储氧能力[20,21], 通过金属与载体之间的强相互作用 (SMSI) 改变金属组分的性质[22], 从而促进甲烷的重整和水气变换反应, 并抑制积炭的形成[23]. 催化剂的制备过程对 CeO2 促进的 Ni 基催化剂物化性质的影响非常大. 最近, 本课题组[24]采用硝酸铈和硝酸镍水溶液共浸渍薄水铝石制备 Ni/CeO2/Al2O3 催化
剂, 在低水碳比 (S/C = 1.0) 条件下对 LPG 的预重整表现出较高的催化活性和优良的稳定性.
Ni 基催化剂, 特别是负载型 Ni/Al2O3 催化剂,对烷烃重整反应具有较高的活性且价格便宜, 因而被广泛研究. 但由于在反应过程中, 催化剂容易积炭而失活; 而且在低温条件下,Ni/Al2O3 催化剂活性很低.因此, 到目前为止, 有关低水碳摩尔比条件下的烷烃预重整 Ni 基催化剂鲜有报道. 研究表明, Ni 基催化剂的活性、稳定性和抗积炭性能可以通过调控催化剂的制备方法和使用结构和电子助剂等而得以改善[15,16].
CeO2 以其独特的性能被广泛用作催化剂助剂,可提高载体 Al2O3 的热稳定性[17], 促进金属在载体表面分散[18,19], 提高水在载体表面的吸附能力和催化剂的储氧能力[20,21], 通过金属与载体之间的强相互作用 (SMSI) 改变金属组分的性质[22], 从而促进甲烷的重整和水气变换反应, 并抑制积炭的形成[23]. 催化剂的制备过程对 CeO2 促进的 Ni 基催化剂物化性质的影响非常大. 最近, 本课题组[24]采用硝酸铈和硝酸镍水溶液共浸渍薄水铝石制备 Ni/CeO2/Al2O3 催化
剂, 在低水碳比 (S/C = 1.0) 条件下对 LPG 的预重整表现出较高的催化活性和优良的稳定性.
本文深入研究了 Ni/CeO2/Al2O3 催化剂的物化性质和低水碳比条件下 LPG 的预重整反应, 考察了Ni 含量、反应温度和水碳比对催化剂性能的影响.
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