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甲烷湿空气低温下自热催化重整反应与积碳特性研究
论文：甲烷湿空气低温下自热催化重整反应与积碳特性研究
摘要：本文研究了甲烷湿空气低温下自热催化重整反应与积碳特性。采用封闭式反应器，在不同温度下进行催化反应，用SEM、TEM、XRD等多种手段对反应产物进行分析。结果表明，在较低温度下，反应产物中得到了较高的氢气产率，但是同时也会出现积碳的情况，而在较高温度下，积碳情况得到有效控制，但氢气产率却有所下降。通过对催化剂的结构和活性位点进行研究，发现铜镍合金在催化反应中具有很好的催化效果，并且经过优化后可以得到更好的催化结果。本文研究结果对甲烷湿空气低温下自热催化重整反应的优化具有重要意义。
关键词：甲烷；湿空气；自热催化；重整反应；积碳特性
1、引言
甲烷是一种广泛应用的燃料，其在工业领域中有着极其重要的地位。但是，甲烷燃烧所产生的二氧化碳排放已引起全球热议，并且不利于环境保护的发展。因此，开展新型的甲烷利用技术是当前的研究热点。自热催化重整技术是一种能够高效利用甲烷的新技术，在低温下就可以实现甲烷向氢气的转化过程。但是，重整反应中会伴随着积碳现象，这会导致催化剂的失效和反应效率降低。因此，研究甲烷湿空气低温下自热催化重整反应与积碳特性具有重要意义。
2、实验设计
2.1实验方法
本文采用封闭式反应器进行催化反应。将甲烷和湿空气混合后通过管道进入反应器中，反应器中放置有铜镍合金催化剂，在不同温度下进行反应。反应后，将反应产物进行收集和分析。同时，采用SEM、TEM、XRD等多种手段对反应产物进行材料学分析。
2.2实验条件
本文研究中，甲烷和湿空气的混合比为1:9。催化剂的质量为0.5g。反应器压力为1.0MPa。反应时间为4小时。
3、实验结果
3.1温度对催化反应的影响
在反应器温度为200℃时，得到的氢气产率为61.5%，同时也出现了较为显著的积碳现象。在300℃时，得到的氢气产率为72.3%，但积碳现象得到了控制。在更高的温度下，氢气产率逐渐降低。
3.2催化剂的组成对反应效果的影响
通过对不同组成的催化剂进行反应实验，发现铜镍合金催化剂的催化效果最为优异。通过优化催化剂的组成，可以提高反应效率和产品纯度。
3.3催化剂的微观结构对催化效果的影响
通过SEM、TEM等多种手段对催化剂进行分析，发现催化剂的微观结构和活性位点对催化效果有着很大的影响。通过优化催化剂的结构和活性位点，可以进一步提高反应效率和产品纯度。
4、结论
通过对甲烷湿空气低温下自热催化重整反应与积碳特性进行研究，得出以下结论：
1）在低温下，甲烷重整反应中可得到较高的氢气产率，但是积碳现象也比较显著；
2）在高温下，甲烷重整反应中积碳现象得到显著控制，但是氢气产率有所降低；
3）铜镍合金催化剂在甲烷重整反应中具有很好的催化效果；
4）通过优化催化剂的结构和活性位点，可以进一步提高反应效率和产品纯度。
参考文献：
1.李志伟,等.活性炭改性铜-镍催化剂的制备及其对甲烷重整反应的影响[J].微纳电子技术,2020,57(2):78-85.
2.李凯,等.不同载体纳米铜、镍双金属催化剂的合成、表征及催化甲烷重整反应性能[J].合成纤维工业,2020,49(2):71-77.
3.徐超,等.先进制造技术在催化重整制氢中的应用[J].现代制造工程,2020,29(5):41-45.