Ni負載量對Ni/ZrO2催化劑上甲烷水蒸氣重整反應轉化率及選擇性的影響

張 鶯

（山西省煤炭職業技術學院 煤碳化工系，山西 太原 030031）

甲烷水蒸氣重整是工業上制合成氣的主要途徑。甲烷水蒸氣重整制得VH2/VCO≈3的合成氣，可用于生產合成氨，也可用于制富氫氣體。甲烷水蒸氣重整是一強吸熱過程，該過程通常在高溫（>800℃）條件下進行，并且為了防止催化劑上積炭，需要采用高水碳比（VH2O/VCH4=2.5～3）操作，反應條件苛刻，設備投資大，能耗很高。因此，尋求活性高、穩定性好的催化劑是降低能耗的有效途徑[1～4]。Ni/ZrO2催化劑在CO2重整甲烷中表現出優異的穩定性[5～7]，對Ni/ZrO2催化劑用于甲烷水蒸氣重整制合成氣的初步研究也表明，Ni/ZrO2催化劑相對工業催化劑CN-32具有較高的活性和較好的穩定性[8～9]。為進一步認識Ni/ZrO2催化劑的作用本質，本文討論了Ni負載量對Ni/ZrO2催化劑上甲烷水蒸氣重整反應轉化率及選擇性的影響。

1 實驗部分

1.1 催化劑的制備

采用化學沉淀法制備ZrO2粉體。以ZrOCl2·8H2O（分析純，天津化學試劑三廠）為Zr源，氨水（質量分數25%～28%，天津化學試劑三廠）為沉淀劑，在攪拌并控制溶液pH在10左右的條件下進行沉淀。沉淀結束后靜置老化3 h，經減壓抽濾，去離子水洗滌，于393 K下干燥12 h，1023 K下焙燒5 h，得到的ZrO2粉體。采用一定濃度的Ni（NO3）2水溶液浸漬ZrO2粉末，靜置24 h，383 K下烘干，置于馬弗爐中，在873 K下焙燒4 h，分別得到Ni含量為3%、6%、9%、12%、15%、18%，21%，24%，27%的催化劑。經過壓片后篩選出20～40目的催化劑備用。

1.2 催化劑性能評價

采用常壓固定床微型反應裝置，石英反應管內徑8 mm，催化劑裝填量為300 mg，反應前催化劑在H2氣氛下823 K下還原3 h。反應原料為H2O：CH4：N2=2：1：2.67的混合氣（170 mL/min），空速為1.984×104 h-1，反應尾氣經冰水冷阱除水后，用1490型氣相色譜儀在線分析，色譜柱采用TDX-01填充柱，熱導池檢測。

2 結果與討論

2.1 Ni 負載量對反應選擇性的影響

Ni含量對CO選擇性的影響如圖1所示。Ni含量在3%～21%范圍內，隨著Ni含量的升高，CO的選擇明顯升高，由40.15%增大57.9%。到Ni含量在21%～27%范圍內，隨著Ni含量的升高，CO的選擇性基本不發生變化。

2.2 Ni 負載量對反應轉化率的影響

reactionconditions：T=973K，H2O：CH4：N2=2：1：2.67

Ni含量對CH4轉化率的影響如圖2所示。Ni含量在3%～21%范圍內，隨著Ni含量的升高，CH4轉化率明顯升高，由59.2%增大到70.9%。到Ni含量在21%～27%范圍內，隨著Ni含量的升高，CH4轉化率基本不發生變化。

3 結論

（1）Ni含量在3%～21%范圍內，隨著Ni含量的升高，CO的選擇性明顯升高。Ni含量在21%～27%范圍內，隨著Ni含量的升高，CO的選擇性基本不發生變化。Ni含量為21%時CO的選擇性最高，達到了57.9%

（2）Ni含量在3%～21%范圍內，隨著Ni含量的升高，CH4轉化率明顯升高。Ni含量在21%～27%范圍內，隨著Ni含量的升高，CH4轉化率基本不發生變化。Ni含量為21%時CH4轉化率最高，達到了70.9%。

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