電漿強化製備鎳基催化劑過程機理研究

《電漿強化製備鎳基催化劑過程機理研究》是依託天津大學，由劉昌俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電漿強化製備鎳基催化劑過程機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉昌俊
• 依託單位：天津大學

項目摘要

鎳基催化劑已被廣泛用於合成氣生產、煤制天然氣等工業過程，並在頁岩氣、沼氣、煤層氣、焦爐氣等利用方面將有重要套用。鎳基催化劑上述套用涉及高溫反應，均存在高溫燒結、積炭嚴重和耐硫性差等問題，而催化劑尺度和結構對催化劑性能影響很大，但相關尺度和結構控制存在很大困難。本項目組在前期研究中已發現採用非氫電漿法影響鎳催化劑前驅體分解，可實現催化劑尺度、結構、表界面控制製備，並由此獲得抗燒結、抗積炭和耐硫性能的改進。由於方法的新穎性和複雜性，電漿強化催化劑製備過程控制機理還有待於研究。本項目圍繞上述過程控制機理問題，研究電漿活性物質（包括電子、激發態物質、離子等）影響催化劑前驅體分解相關能量、質量傳遞控制機理，研究電漿影響下晶體成核與生長相關熱力學和動力學特性，並通過甲烷水汽重整、CO2重整和CO甲烷化評價催化劑，建立相關非平衡傳遞過程理論與實驗體系，為工業鎳基催化劑改進制備打下基礎。

結題摘要

本項目針對合成氣生產、甲烷化等相關工業鎳基催化劑存在的抗積碳性能差、低溫活性不高的問題，採用輝光放電和介質阻擋放電冷電漿製備鎳催化劑，發揮電漿快成核、慢生長的晶體生長優勢，由此在鎳催化劑尺度和結構可控制備方面取得重要進展，製備出的鎳催化劑尺度小、分散性好、111面為主要暴露面、鎳與載體相互作用強，用於甲烷水汽重整、甲烷CO2重整、CO和CO2甲烷化反應，低溫活性和抗積碳性等方面獲得很大改進。特別是在甲烷水汽重整降低進料水碳比方面，取得很大改進，由此可以降低發生水汽所造成的能耗。我們還在輝光放電、介質阻擋放電催化劑製備機理和放大規律取得研究進展，研究發現，電子在輝光放電電漿催化劑製備起了關鍵決定作用，熱效應可控，這類電漿裝置可以很容易放大。而介質阻擋放電電漿主要通過大量隨機的微放電通道作用，影響機制複雜，熱效應顯著，裝置放大需要特別考慮電場參數影響。本項目研究成果豐富發展了催化劑製備基礎理論體系內涵，為工業鎳基催化劑改進制備打下基礎。