炭材料催化富甲烷气二氧化碳重整制合成气PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 背景 1

1.1.2 富含甲烷的资源 4

1.2 工业上甲烷转化利用的几种主要技术 6

1.2.1 直接转化法 6

1.2.2 间接转化法 6

1.3 甲烷催化制合成气的主要途径 7

1.3.1 甲烷水蒸气重整制合成气 7

1.3.2 甲烷部分氧化制合成气 8

1.3.3 甲烷自热重整 9

1.3.4 二氧化碳重整甲烷制合成气 9

1.4 二氧化碳重整甲烷制合成气反应研究现状 9

1.4.1 二氧化碳重整甲烷制合成气反应的热力学研究 9

1.4.2 甲烷的活化和二氧化碳的活化 13

1.4.3 二氧化碳重整甲烷反应中的表面积炭和消炭研究 14

1.5 二氧化碳重整甲烷反应催化剂的研究 15

1.5.1 重整催化剂的发展 15

1.5.2 制备方法对催化性能的影响 18

1.5.3 载体对催化性能的影响 19

1.5.4 活性组分对催化性能的影响 20

1.5.5 助剂对催化性能的影响 21

1.6 二氧化碳重整甲烷催化反应机理和动力学模型研究 21

1.6.1 二氧化碳重整甲烷催化反应机理 21

1.6.2 二氧化碳重整甲烷催化反应动力学模型研究 23

1.7 实验室用高温高压反应器 25

1.8 炭材料催化剂在甲烷裂解及CH4-CO2重整反应中的应用 25

1.8.1 炭材料催化甲烷裂解研究现状 25

1.8.2 炭材料催化CH4-CO2重整研究现状 27

参考文献 29

第2章 炭材料催化甲烷分解及CH4-CO2重整反应热力学分析 40

2.1 引言 40

2.2 化学亲和势 40

2.2.1 不同炭材料对活性的影响 40

2.2.2 CH4热分解化学亲和势分析 41

2.3 炭材料催化甲烷二氧化碳重整制合成气实验平衡常数的计算 42

2.4 实验平衡常数与理论平衡常数的比较 45

参考文献 46

第3章 炭材料催化CH4-CO2重整研究 47

3.1 引言 47

3.2 炭材料催化CH4-CO2重整 47

3.2.1 炭材料对CH4和CO2转化率的影响 48

3.2.2 不同炭材料对活性的影响 49

3.2.3 CH4/CO2不同配比的影响 50

3.2.4 空速的影响 50

3.2.5 反应温度的影响 51

3.2.6 炭材料催化CH4-CO2重整产品气的组成 53

3.3 炭催化焦炉煤气（CH4）-CO2重整制合成气的研究 53

3.3.1 炭材料对焦炉气中甲烷热解和焦炉煤气-CO2重整的影响 54

3.3.2 反应温度对产品气的影响 55

3.3.3 不同炭材料对焦炉煤气（CH4）-CO2重整的影响 56

3.3.4 不同CO2/CH4比对合成气CO/H2的影响 57

3.3.5 水蒸气量对焦炉煤气中甲烷转化率的影响 58

3.3.6 停留时间对煤气中甲烷的影响 59

3.3.7 炭材料催化剂的稳定性 59

3.4 炭催化剂分析、表征及催化本质研究 61

3.4.1 炭催化剂SEM分析 61

3.4.2 比表面和孔结构的变化 63

3.4.3 炭催化剂中灰分的影响 64

3.4.4 含氧官能团分析 65

3.4.5 炭材料XRD分析 67

3.5 本章小结 68

参考文献 70

第4章 过程积炭对二氧化碳重整甲烷的影响 74

4.1 引言 74

4.2 积炭的研究方法 74

4.2.1 热分析技术（TG-DTA） 74

4.2.2 色谱技术 75

4.2.3 扫描电镜（SEM） 75

4.2.4 透射电镜（TEM） 76

4.2.5 光电子能谱（XPS） 77

4.2.6 X射线衍射（XRD）分析 77

4.2.7 拉曼光谱（RS） 78

4.3 炭材料催化剂的热分析 80

4.3.1 CO2气氛下炭材料催化剂的热分析 80

4.3.2 O2气氛下炭材料催化剂的热分析 81

4.4 炭材料催化CH4-CO2重整反应过程中产生积炭的研究 82

4.4.1 有无积炭时炭材料催化剂对CH4-CO2重整反应的影响 82

4.4.2 不同温度产生的积炭对CH4-CO2重整反应的影响 83

4.5 表征分析 86

4.5.1 扫描电镜（SEM）分析 86

4.5.2 X射线衍射（XRD）分析 92

4.5.3 光电子能谱（XPS）分析 93

4.6 本章小结 98

参考文献 99

第5章 小型高温高压反应器的开发及压力对炭催化重整的影响 103

5.1 引言 103

5.2 压力对甲烷二氧化碳重整研究进展 103

5.3 小型高温高压反应器的开发 106

5.3.1 小型高温高压反应器及基本原理 106

5.3.2 反应器传热研究 107

5.3.3 反应器主要部件设计 108

5.4 反应器支架设计 115

5.5 反应器耐压和温度分布特性研究 116

5.5.1 反应器径向温度分布 116

5.5.2 反应器轴向温度分布 116

5.5.3 压力对反应器外表面温度的影响 117

5.6 压力对炭材料催化重整转化的影响 118

5.6.1 压力的影响 118

5.6.2 温度的影响 119

5.6.3 原料气配比的影响 120

5.6.4 停留时间的影响 121

5.7 炭催化剂反应前后表面性质的变化 122

5.7.1 BET分析 122

5.7.2 反应前后炭材料催化剂红外光谱分析 123

5.8 本章小结 124

参考文献 125

第6章 重整过程中炭催化剂中硫的迁移和转化 127

6.1 引言 127

6.2 实验过程 127

6.3 炭材料催化剂中硫元素的变化 128

6.3.1 还原性气氛对炭材料中硫的作用 129

6.3.2 半焦中硫与还原性气体的反应 130

6.4 半焦中硫对CH4转化制备所得合成气中硫含量的影响 132

6.5 还原性气氛下半焦中硫的脱除验证 132

6.5.1 热分析实验 132

6.5.2 CO与HNO3处理后的半焦的作用 133

6.5.3 还原性气氛下碱半焦中硫的脱除 133

6.6 本章小结 135

参考文献 135

第7章 金属／炭材料催化二氧化碳重整甲烷研究 137

7.1 引言 137

7.2 浸渍方法对催化剂活性的影响 137

7.3 超声波浸渍对钴／炭材料催化剂活性的影响 138

7.3.1 超声波的影响 138

7.3.2 超声波振动时间和频率的确定 140

7.4 负载量对钴／炭材料催化剂活性的影响 141

7.5 焙烧温度对钴催化剂活性的影响 142

7.5.1 热重分析 142

7.5.2 焙烧温度对钴／炭材料活性的影响 143

7.6 工艺条件对钴／炭材料催化剂活性的研究 145

7.6.1 反应温度的影响 145

7.6.2 CH 4/CO2比值的影响 145

7.6.3 空速（GHSV）的影响 146

7.7 双金属（Co-Cu）／炭材料催化剂的初步探讨 147

7.7.1 浸渍顺序对Co-Cu／炭材料催化剂活性的影响 148

7.7.2 热重分析 148

7.7.3 焙烧温度的影响 149

7.7.4 浸渍量对Co-Cu／炭材料催化剂活性的影响 151

7.7.5 寿命的考察 152

7.8 本章小结 153

参考文献 153

第8章 Co-Zr／活性炭催化CH4-CO2重整反应性能 155

8.1 引言 155

8.2 助剂金属的选取 155

8.3 制备条件对催化活性的影响 157

8.3.1 浸渍顺序对催化活性的影响 157

8.3.2 浸渍量对催化活性的影响 159

8.3.3 焙烧温度对催化活性的影响 160

8.3.4 焙烧时间对催化活性的影响 162

8.3.5 反应时间对催化活性的影响 163

8.4 催化剂的表征 163

8.4.1 TG-DSC分析 163

8.4.2 XRD分析 164

8.4.3 BET分析 165

8.4.4 H2-TPR分析 167

8.4.5 XPS分析 169

8.4.6 SEM-EDX分析 170

8.5 Co-Zr/AC催化剂反应工艺条件的影响 171

8.5.1 反应温度对催化活性的影响 171

8.5.2 进气比对催化活性的影响 172

8.5.3 空速对催化活性的影响 173

8.5.4 加压恒温浸渍方法对催化活性的影响 174

8.6 本章小结 176

参考文献 177

第9章 动力学研究及重整反应机理讨论 178

9.1 引言 178

9.2 炭材料催化甲烷裂解及动力学 179

9.2.1 炭材料催化剂对甲烷裂解的影响 179

9.2.2 甲烷裂解动力学 181

9.3 炭材料催化CH4-CO2重整及炭消耗动力学 183

9.3.1 炭材料催化CH4-CO2重整反应过程中炭材料失重特性 183

9.3.2 炭消耗动力学 188

9.4 二氧化碳重整甲烷机理讨论及动力学 189

9.4.1 重整反应机理讨论 189

9.4.2 Eley-Rideal机理及分析 191

9.4.3 Langmuir-Hinshelwood机理及分析 191

9.4.4 炭材料催化二氧化碳重整甲烷反应机理初探 194

9.4.5 二氧化碳重整甲烷反应动力学 196

9.5 本章小结 204

参考文献 205