航空煤油重整制氢负载型镍基催化剂的研究

【摘要】：化石燃料的过度使用导致的环境问题和能源短缺成为人类面临的两大问题。氢气作为化工行业的重要原料，也是未来化石燃料的理想替代品。喷气燃料是当今宇宙飞船的主要燃料之一，价格低廉、运输方便、使用安全，是制氢的理想原料。将煤油转化为氢气，不仅可以提高其热值、使发动机效率更高，而且可以解决煤油燃烧释放温室气体和COx、NOx等污染物带来的环境问题。本文采用共沉淀法，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为模板，制备了Al2O3负载镍铁双金属煤油蒸汽重整制氢催化剂，并在固定床反应器中在不同反应条件下测试了其性能，研究了铁添加剂的加入对煤油蒸汽重整制氢催化剂活性和稳定性的影响。利用TG-DTG-SDTA、X射线衍射、扫描电镜和BET等对不同制备条件（煅烧温度、使用PVP）下得到的催化剂进行了表征。结果表明，催化剂合适的孔结构和较大的比表面积延长了其用于煤油蒸汽重整反应的寿命。煅烧温度对催化剂的活性和稳定性影响很大，在773K煅烧可得到稳定性最好的催化剂。Fe类添加剂的加入可以明显提高反应产物中的CO2/CO值，在反应温度773K、空速3500h-1、H2O/C值为8∶1的条件下，催化剂活性和稳定性最好，且具有良好的抗积碳性能。稳定性试验表明，在此反应条件下，催化剂反应30h无明显失活。以表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为添加剂，采用沉淀法制备介孔Al2O3催化剂载体，并采用等体积分步浸渍法制备NiM-Pd/Al2O3（M=La，Ce，Nd）、NiM/Al2O3和NiPd/Al2O3系列催化剂。采用N2物理吸附、XRD、SEM和热重损失对载体和催化剂进行表征。考察了它们在不同反应条件下在煤油蒸汽重整制氢反应中的催化性能，重点研究了NiLa-Pd/Al2O3催化剂在不同反应条件下的活性和稳定性。结果表明，在载体制备过程中加入适量的PVP，可得到比表面积大、孔径分布窄的介孔Al2O3载体，在该载体上制备的煤油重整催化剂具有良好的防积炭性能；La添加剂可提高催化剂的防积炭性能，是NiPd/Al2O3催化剂的良好添加剂。在反应温度773K、空速3500h-1、H20/C=8:1的条件下进行重整反应,NiLa-Pd/Al2O3-p具有最好的催化活性和稳定性,反应50h后没有出现明显的失活现象。