文档名：基于3D打印技术的甲烷水蒸气重整研究
摘要：天然气(主要成分为甲烷)重整是天然气高效清洁利用的重要途径,重整获得富含氢气的重整气,可供固体氧化物燃料电池进行高效发电.甲烷水蒸气重整需要反应器以及负载其上的重整催化剂,基于3D打印技术的多孔结构具有良好的耐高温、抗氧化和结构稳定性等特点,负载Ni基催化剂用于甲烷催化重整可有效提升反应器稳定性,但相关研究较少.采用浸渍法将Ni-CeO2/γ-Al2O3催化剂负载于3D打印制备的多孔结构和金属泡沫反应器,通过催化剂形貌、分布规律、相结构以及热稳定性的表征,研究了重整反应温度、浆料配比、反应器结构等因素对甲烷水蒸气重整效果的影响.结果显示,催化剂的最佳配比是PVA含量为3.5％(若无特殊说明,均为质量分数),Ni含量为19％,CeO2和γ-Al2O3的含量分别为16％和2.5％.重整测试结果表明,负载催化剂前,重整反应温度低于700℃时,Inconel625和泡沫Ni多孔反应器重整得到的氢气浓度均低于13％(体积分数),而重整反应温度高于800℃时,Inconel625和泡沫Fe多孔反应器重整效果接近,但Inconel625稳定性优于泡沫Fe;负载催化剂后,NCA-Ⅰ(In-conel625)样品始终表现出低于NCA-N(泡沫Ni)和NCA-F(泡沫Fe)的重整性能,这主要是因为NCA-Ⅰ含有较多的Cr元素,高温下Cr氧化生成Cr2O3氧化膜,阻碍了反应气和Ni的接触,但测试后NCA-Ⅰ样品表现出优异的稳定性,无明显脆化和断裂现象,可有效提升重整反应器的稳定性.
Abstract：Naturalgas(themaincompositionofnaturalgasismethane)reformingisoneofthemostefficientandcleanestutilizationofnaturalgas.Theobtainedreformedgas,mainlyconsistingofH2,canbesuppliedasfuelstosolidoxidefuelcellsforefficientlypowergenerating.Reactorloadedwithcatalystsisnecessaryformethanesteamreforming.The3D-printedporousstructureexhibitsoutstandingstabilityatelevatedtempe-ratureandexcellentresistancetothehighlyoxidizingcondition,whichcanobviouslyimprovethestabilityofthemethanereformingreactor.Inthiswork,Ni-CeO2/γ-Al2O3catalystswereloadedontothe3D-printedporousstructureandmetallicfoamsviaimpregnation.Thecatalystmorpholo-gy,elementdistribution,phasestructureandthermalstabilitywereobtainedthroughcharacterizationmethodssuchasSEM,XRDandTG.Ac-cordingly,theeffectsoftemperature,slurryratioandthereactorstructureonmethanesteamreformingwerestudied.Resultantly,anoptimizedcatalystrecipewasobtainedas3.5wt％PVA,19wt％Ni,16wt％CeO2and2.5wt％γ-Al2O3.Thereformingtestsshowedthatwithoutcatalysts,thehydrogenconcentrationof3D-printedIncone1625porousreactorandNifoamwasaslowas13vol％atatemperaturebelow700℃;whileabove800℃,the3D-printedIncone1625porousreactorandFefoampresentedsimilarreformingperformance,butthe3D-printedreactorshowedabetterrepeatability.Moreover,withcatalystloading,theNCA-Ⅰ(3D-printedInconel625porousreactor)samplesalwaysshowedaloweredre-formingperformancethanNCA-N(Nifoam)andNCA-F(Fefoam),whichismainlyduetotheexistenceofCrthatbringsCr2O3filmtotheex-posedsurfaceduringthereformingprocessandthushindersthecontactbetweenthereactiongasandtheactivesurface.However,theNCA-Ⅰsamplesshowedexcellentstabilitythatnoobviousembrittlementandfracturewereobservedafterreformingtest,whichshowsthepotentialtoef-fectivelyimprovethestabilityofreformingreactors.
作者：李聪 余冉 刘太楷 邓春明 邓畅光 刘敏 Author：LICong YURan LIUTaikai DENGChunming DENGChangguang LIUMin
作者单位：长沙理工大学能源与动力工程学院,长沙410114长沙理工大学能源与动力工程学院,长沙410114;广东省科学院新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广州510650广东省科学院新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广州510650;佛山桃园先进制造研究院,广东佛山528225广东省科学院新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广州510650
刊名：材料导报 ISTICEIPKU
Journal：MaterialsReports
年，卷(期)：2024, 38(10)
分类号：TK91
关键词：甲烷水蒸气重整 反应器 催化剂 Ni-CeO2/γ-Al2O3 3D打印
Keywords：steamreformingofmethane reator catalyst Ni-CeO2/γ-Al2O3 3Dprinting
机标分类号：TG455TG14TE624.4+2
在线出版日期：2024年6月27日
基金项目：基于3D打印技术的甲烷水蒸气重整研究[
期刊论文] 材料导报--2024, 38(10)李聪 余冉 刘太楷 邓春明 邓畅光 刘敏天然气(主要成分为甲烷)重整是天然气高效清洁利用的重要途径,重整获得富含氢气的重整气,可供固体氧化物燃料电池进行高效发电.甲烷水蒸气重整需要反应器以及负载其上的重整催化剂,基于3D打印技术的多孔结构具有良好的耐...参考文献和引证文献
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