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当今社会的高速发展对能源的需求日益增长,而目前世界主要的能源供应还依赖于不可再生的化石能源。化石能源储量在迅速减少,而且在使用过程中带来了巨大环境污染,因此,能源安全及环境问题成为当今世界面临的两大挑战。开发和利用可再生的、环境友好的清洁能源是保持经济与社会可持续发展的唯一途径。氢能清洁高效,热值高,可以贮存,是良好的能量载体,且是可再生的能源,因而被认为是未来化石能源理想的替代能源。目前氢气还主要来源于化石燃料重整,同样面临着资源枯竭的问题。沼气是有机物厌氧发酵产生一种主要成分是甲烷和二氧化碳的混合气,可以作为重整制氢的原料,这就为制氢提供了一条可再生且环境友好的途径。
本文在前期研制出具有较好沼气重整活性的粉末氧化铝负载NiCo/La2O3-γ-Al2O3催化剂体系的基础上,考察了制备条件对该催化剂性能的影响。实验结果表明,粉末氧化铝负载催化剂较好的焙烧方式为750℃焙烧2h,优化后的催化剂体系具有很好的活性和稳定性,以及较好的抗积碳性。
进一步用等体积浸渍法制备了负载在商业氧化铝球形载体上的NiCo/La2O3-Al2O3催化剂,考察了载体性质活性组分NiCo含量以及主要操作和制备条件对催化剂性能的影响,并考察了优化后球形NiCo/La2O3-Al2O3催化剂的稳定性。进而对过量浸渍法制备球形氧化铝负载催化剂进行了初步的探索。
等体积浸渍法制备球形NiCo/La2O3-Al2O3催化剂过程中,适宜的载体比表面积及孔结构特性有利于活性组分在载体上的迁移和分布,从而可以改善催化剂的反应活性和抗烧结性。活性组分在球形颗粒内部的分布随组分含量的增加而趋于均匀,但含量过高(>12.5%)时金属容易烧结,因此,活性组分含量为12.5%时球形催化剂的活性较好。催化剂较佳的焙烧温度为850℃;催化剂在700℃下经纯氢还原后进行反应,金属颗粒较小且平均积碳速率较低;反应温度升高,金属颗粒容易团聚,但催化剂表面积碳减少,综合考虑,催化剂较佳的反应温度为850℃。
等体积浸渍法制备的球形NiCo/La2O3-Al2O3催化剂具有较好的稳定性,在130h的反应时间内,催化剂活性一直保持稳定,130h的反应时间内,CH4、CO2转化率,H2、CO选择性和H2/CO的平均值分别为93.1%,97.3%,98.4%,99.6%和0.97,平均积碳速率仅为1.89mg/(g·h)。过量浸渍法制备的球形催化剂可以达到和等体积浸渍法相同的性能。