基于Aspen Plus的甲烷联合重整制合成气过程热力学计算

甲烷联合重整产物合成气的组成受热力学平衡控制,反应中积炭反应也受操作条件的影响,因此,计算反应条件(原料组成、温度、压力)对产物组成和积炭形成的影响,进行定量热力学分析是工艺设计所需要的。本文使用Aspen Plus软件中的RGibbs模块,建立甲烷联合重整热力学反应模型,采用吉布斯自由能最小化法,考虑所有相关反应的进料组成、温度和压力对平衡反应混合物组成和积炭的影响。首先,设定化学计量比CH_(4)∶(CO_(2)+H_(2)O)=1∶1进料,调控CO_(2)、H_(2)O相对进料比例,结果发现:CO_(2)/CH_(4)比增加时,CH_(4)和CO_(2)转化率升高,但积炭量也相应增加,H_(2)/CO比减小;CH_(4)和CO_(2)的平衡转化率随温度升高而升高,且随着温度升高趋于极限,可通过调节温度从而调控H_(2)/CO比达到所需生产要求。然后,研究了压力对反应平衡的影响,结果表明CH_(4)和CO_(2)的热力学平衡转化率随压力升高而降低,积炭量增加。最后,结合进料比、温度和压力的影响,针对合成气制下游化学产品的不同需求以及特定氢碳比精准调控,模拟计算出合适的反应进料比例,为将来实际生产调控提供了理论计算依据。

Zr/Al比对Ni-x Zr-Al催化剂在低温联合甲烷蒸汽与干重整反应中性能的影响

由生物质解热尾气转化制备合成气,是促进清洁能源发展的重要途径之一。通过一锅法制备了不同Zr/Al比的10Ni-xZr-Al催化剂,并用于600℃、常压、原料气比例为CH_(4)/CO_(2)/H_(2)O/Ar=1∶0.3∶0.8∶3、总GHSV为15000 mL/(g·h)条件下的联合甲烷蒸汽与干重整反应。结果表明,10Ni-Al无法抑制逆水气变换反应,产生大量积碳,表现出较差的稳定性。而Zr的加入对提高催化稳定性和抑制积碳有一定的促进作用。在Zr/Al比在0.1-0.25时,可以使镍颗粒尺寸保持良好的结构稳定性。其中,10Ni-0.25Zr-Al催化剂在8 h的稳定性实验中,表现出良好的活性及稳定性能(甲烷转化率为50%),获得最低的H_(2)/CO比值为2.5(即最高的CO选择性)。而抗积碳能力最强的是10Ni-0.5Zr-Al催化剂。

甲烷联合重整反应镍基尖晶石催化剂的制备与性能

采用传统浸渍法和溶胶凝胶法分别制备了Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂,并采用氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和程序升温脱附(TPD)对催化剂进行表征,考察了催化剂在甲烷联合重整(CSCRM)反应中的催化性能。结果表明:与传统浸渍法制得的Ni催化剂相比,采用溶胶凝胶法制备的Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂中Ni物种与载体之间的作用力更强,在CSCRM反应中表现出更高的催化活性和稳定性。进而,基于溶胶凝胶法探究了Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂中Ni负载量对反应性能的影响,探讨了溶胶凝胶法制备的Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂的构-效关系,为CSCRM反应的非贵金属Ni基催化剂设计与优化提供借鉴。