生物质燃气中氨的催化分解研究

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生物质燃气的净化中,微量污染物氨通过催化分解为氮气和氢气。本论文在调研的基础上,采用浸渍法研制了一组Ni/γ-Al2O3催化剂,考察了该组催化剂在不同实验条件下的催化性能,并对催化剂进行了结构表征。同时对两种工业化的蒸汽转化镍基催化剂(Z409和ICI46—1)进行氨催化分解研究,考察了在不同空速、不同温度下的催化性能,同时也对催化剂进行了表征分析。 研制的Ni/γ-Al2O3催化剂分别为催化剂1、催化剂2、催化剂3、催化剂4和催化剂5,催化剂的Ni负载量分别为5wt%、10wt%、15%wt、20wt%和30%。氨的转化率随Ni含量增大而明显升高。对于催化剂1和催化剂2,较低温度下转化率很低,在测试条件为:催化剂粒度20~30目,装填量0.25ml,NH3初始浓度5.0vol.%,空速5000h-1左右,反应温度650℃或以上,催化剂对氨分解为氮气和氢气的反应的转化率均能达到95%以上:催化剂3、催化剂4和催化剂5,550℃时,低空速下,转化率可达95%左右。温度升高至650℃或以上时,在1000h-1~10000h-1空速范围内转化率均可达到98%以上,且基本趋于稳定,空速的变化对转化率几乎没有影响。550℃~600℃温度范围内,反应速率随温度的升高而增大,根据阿仑尼乌斯方程作图求出反应的表观活化能,数据表明氨分解反应的表观活化能随催化剂中Ni负载量的增加而依次降低。 两种商用蒸汽转化镍基催化剂(Z409和ICI46—1)在测试条件为:粒度20~30目,装填量0.25ml,氨气初始浓度1.42%,温度为700℃或以上时,两种催化剂的催化转化率均可达到98%~99%,且转化率受空速影响很小。在22h的催化剂寿命测试中,两种催化剂的转化率均能保持稳定,具有良好的催化分解作用。进一步的动力学研究表明,随反应温度的升高,反应速率随之增大,800℃以上趋于稳定。在550~650℃的温度区间内,反应受化学反应和扩散控制,在700℃~800℃温度区间内,反应主要受化学平衡的影响。两种催化剂在700℃时,反应速率均随着空速的增大而增大,并几乎成线性增长的关系。 X衍射(XRD)和孔径分析表明,所制备的催化剂未被还原时有明显的NiO峰出现,反应后的样品NiO峰消失,出现明显的Ni峰。催化剂在使用时NiO被还原为金属Ni,金属Ni在氨分解反应中起催化作用,Ni/γ-Al2O3催化剂新鲜郑州大学硕士学位论文:生物质燃气中氨的催化分解样品与载体相比,比表面积均呈减少趋势。Ni/Y一A12O:催化剂反应后样品的比表面积小于反应前样品,且反应前后样品比表面积均随Ni含量的增加而减少。孔径分析结果表明,新鲜催化剂样品与载体相比较,小孔部分和中孔部分均明显减少;催化剂1反应后样品小孔和中孔部分均有所减少,而催化剂3和催化剂5反应后样品均是小孔部分明显减少,而中孔部分明显增加。 2409催化剂反应前后比表面积保持不变,而ICI46一1反应后样品的比表面稍有减小;2409催化剂的孔径结构在使用过程中小孔部分减少中孔部分增加,而ICI46一1催化剂的孔径结构在使用过程中小孔部分均有所减少。两种催化剂的晶相结构在使用过程中基本保持不变。
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