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铈基载氧体化学链甲烷重整反应研究

【摘要】:甲烷化学链重整反应(CLR)可以将天然气直接转化为合成气,不仅能够高效地利用天然气资源,还能有效地减缓温室效应,因此具有很大研究价值。本文围绕CH_4制取合成气的反应过程,首先对载氧体的制备、反应条件进行比较系统的研究,然后对反应机理进行了初探。首先以CeO_2和Fe_2O_3作为甲烷化学链重整的复合载氧体,采用共沉淀法制备了x Ce(1-x)Fe复合载氧体(摩尔比例x=0、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7)并对制备过程的焙烧温度(700℃、800℃、900℃、1000℃)进行了筛选优化。结果显示:Ce和Fe之间存在协同作用,载氧体为0.7Ce0.3Fe,焙烧温度为900℃,其综合性能最佳。在850℃下循环反应进行5次CH_4/CO_2循环反应后,甲烷转化率、二氧化碳选择性、一氧化碳选择性和氢气选择性未出现明显的下降,表明所制备0.7Ce0.3Fe载氧体具有较好的循环稳定性和热稳定性。随后使用等体积浸渍法对0.7Ce0.3Fe载氧体负载金属Cu和La(1%、2%、3%、6%、9%、12%)、Co(3%、6%、9%、12%)来调试载氧体的性能,并对负载金属载氧体的焙烧温度(700℃、800℃、900℃、1000℃)进行了筛选优化。结果显示:负载金属后,载氧体的各项性能均有不同程度的改变,当Cu的负载量为1%,焙烧温度为700℃时,CO选择性整体提高了15%左右;La的负载量为2%,焙烧温度为700℃时,CO选择性提前达到最高峰,其最大值提高了近20%;Co的负载量为9%,焙烧温度为900℃时,CO_2生成量增加,CO和CH_4的选择性和转化率降低。最后采用H_2-TPR、XRD、TG等对载氧体进行表征,结果显示:负载Cu和Co后载氧体的氧转移能力和氧释放能力明显增强,反应时可以生成更多的CO;负载La载氧体的CH_4裂解性能增强比较明显。通过热重反应和反应后载氧体的积碳量测定,发现负载了金属后的载氧体的有效氧含量明显增加,反应后的载氧体积碳量明显减少。

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