甲烷部分氧化制合成气反应中Ni基催化剂的研究

在固定床流动反应器中,在反应温度800℃、空速1 0×105h-1、n(CH4)/n(O2)/n(N2)为2/1/1的条件下,测定了质量分数为10%Ni/α-Al2O3、10%Ni/γ-Al2O3催化剂用于甲烷部分氧化制合成气的活性和稳定性。结果表明,一定反应条件下,10%Ni/α-Al2O3催化剂的活性和稳定性均高于10%Ni/γ-Al2O3催化剂。10%Ni/γ-Al2O3催化剂经800℃还原和800℃反应后的比表面积下降以及催化剂在反应过程中的积碳都是导致催化剂稳定性下降的原因。     

CeO2对CH4-CO2重整Ce-Rh/Al2O3催化剂抗积碳性能的影响

采用脉冲反应方法考察了一系列Ce-Rh/Al2O3催化剂上CH4裂解积碳和CO2消炭反应性能,并采用TPR,CO2-TPSR对催化剂进行表征,研究了助剂的添加量和催化剂焙烧温度对Rh-CeO2相互作用的影响.实验结果表明,CeO2添加量的增加有利于提高催化剂的抗积碳性能,而焙烧温度升高使Rh-CeO2和Rh-Al2O3间相互作用增强,对催化剂的抗积碳性能不利.     

镍/覆炭氧化铝催化剂积碳行为和积碳动力学的热重研究

用恒温热重法 ,以正己烷脱氢为指示反应 ,研究了以环烷烃为覆炭原料的不同覆炭量的γ -Al2 O3覆炭载体(CCA)、γ -Al2 O3、Ni/Al2 O3及Ni/CCA催化剂的抗结焦性能 ;研究了正己烷在Ni/Al2 O3、Ni/CCA催化剂上的积碳动力学。结果表明 :CCA的抗结焦性能优于γ -Al2 O3,Ni/CCA催化剂的抗结焦性能优于Ni/Al2 O3,覆炭量对CCA和Ni/CCA催化剂的抗结焦性能影响较大 ;求得了正己烷在Ni/Al2 O3、Ni/CCA催化剂上的积碳表观活化能 ,分别为 2 6kJ/mol和 3 8kJ/mol,积碳反应级数分别为 0 5和 0 8,并依此建立了积碳动力学方程     

Ce-Rh/γ-Al2O3催化剂Rh-CeO2相互作用对抗积碳性能的影响

采用脉冲反应方法研究了Ce-Rh/γ-Al2O3催化剂上CH4裂解积碳和CO2消炭反应性能,并采用TPR、TPD、CO2-TPSR对催化剂进行表征.结果表明,Rh-CeO2间存在相互作用,此相互作用影响催化剂的抗积碳性能,并且Rh负载量的变化影响Rh-CeO2相互作用的强弱,Rh负载量较低时,Rh-CeO2间相互作用较强,有利于提高催化剂的抗积碳性能.     

改性的Ni基催化剂上CO甲烷化性能的研究

采用浸渍法制备了NiO/Al2O3,NiO/TiO2-Al2O3,NiO-La2O3/Al2O3,NiO-La2O3/TiO2-Al2O3催化剂,考察了4种催化剂的CO甲烷化性能,并利用TG-DTG方法表征催化剂表面的积碳量。实验结果表明,NiO/TiO2-Al2O3,NiO-La2O3/Al2O3,NiO-La2O3/TiO2-Al2O3催化剂,即TiO2和La2O3改性的NiO/Al2O3催化剂的CO甲烷化反应活性均有所提高,其中NiO-La2O3/TiO2-Al2O3催化剂的活性、稳定性和抗积碳能力最好;采用NiO-La2O3/TiO2-Al2O3催化剂,CO甲烷化反应的适宜条件为:反应温度450℃、反应压力1.5 MPa、GHSV=10 000 h-1,在此条件下,CO转化率为99.5%,CH4收率和选择性均为98.1%。     

PtSnZn/ZSM-5-ZSM-11-Al_2O_3催化剂上FCC汽油制苯、甲苯和二甲苯

以全馏分流化催化裂化(FCC)汽油为原料,在小型固定床反应装置上考察了添加ZSM-5-ZSM-11共晶分子筛(简称CDM分子筛)对PtSnZn/Al2O3催化剂催化FCC汽油芳构化制苯、甲苯和二甲苯(BTX)的性能、抗积碳和反复再生性能的影响,并与工业重整催化剂PS-Ⅵ进行了对比。实验结果表明,添加CDM分子筛可有效提高PtSnZn/Al2O3催化剂的芳构化活性和稳定性;在460～560℃、0.4MPa、重时空速0.3h-1、H2与原料油的体积比100的条件下连续运行72h,随运行时间的延长和反应温度的升高,PtSnZn/CDM-Al2O3催化剂上液体产物中BTX的质量分数从47.1%逐渐增至63.1%。NH3-TPD表征结果显示,CDM共晶分子筛为催化剂提供了较稳定的酸性中心。PtSnZn/CDM-Al2O3催化剂反复再生10次后,活性无明显下降,且再生过程中无需补氯。TG和程序升温氧化分析结果显示,PtSnZn/CDM-Al2O3催化剂上的积碳量明显低于PS-Ⅵ催化剂,且高温区积碳量很少,使催化剂具有良好的稳定性。     

负载型贵金属催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应机理的原位红外和喇曼光谱表征

采用原位时间分辨红外光谱和原位显微喇曼光谱技术,对CH4/O2/Ar(2/1/45)混合气在SiO2和Al2O3负载的Rh、Ru、Ir等催化剂上反应的初级产物和催化剂表面物种进行了研究.在此基础上,辅之以改变催化剂预处理条件,脉冲反应-质谱和TPR等实验方法,对相应催化剂上的O2-和积碳物种浓度及其与甲烷部分氧化(POM)制合成气反应机理的关系进行了系统研究.实验结果表明,燃烧-重整机理是Ru/Al2O3和Ru/SiO2上CO和H2生成的主要途径,而由CH4的直接氧化生成CO和H2是Rh/SiO2上POM反应的主要途径;在新还原的Ir/SiO2上,CO是POM反应的初级产物,而在稳态条件下,催化剂表面积碳与CO2和/或H2O的反应以及未积碳表面的CH4燃烧-重整反应可能是CO生成的主要途径之一.造成Ru/SiO2、Ru/Al2O3、Rh/SiO2和Ir/SiO2等催化剂上POM反应机理差异的原因主要源于反应条件下催化剂表面氧物种(O2-)和积碳物种浓度的差异,而造成反应条件下催化剂表面氧物种浓度差异的本质可能与Ru、Rh和Ir等对氧亲合力及M-O键能的高低等因素有关.对Rh/Al2O3催化剂,POM反应的初级产物与催化剂的焙烧温度有关.在600℃焙烧的催化剂上,CO是POM反应的初级产物,而在900℃焙烧的催化剂上,CO2是反应的初级产物,造成两催化剂上POM反应机理差异的本质可能与不同温度焙烧的催化剂上Rh物种的可还原性不同并进而影响POM反应条件下催化剂表面氧物种的浓度有关.     

钴基催化剂上甲烷部分氧化与甲烷二氧化碳重整耦合反应

用TPR、XRD和活性评价等手段研究了Co/SiO2 、Co/γ -Al2 O3和Co/α -Al2 O3催化剂上金属 -载体相互作用以及Co/α-Al2 O3催化剂上钴负载量对甲烷部分氧化与甲烷二氧化碳重整耦合反应性能的影响。实验结果表明 ,Co/γ -Al2 O3和Co/SiO2 催化剂活性很差的原因主要是金属 -载体的相互作用太强或太弱 ,只有金属 -载体相互作用适中的Co/α -Al2 O3催化剂才具有高的催化活性。在Co/α -Al2 O3催化剂中钴的负载量对催化性能有很大影响 ,当负载量低时催化剂易发生Co0 →CoAl2 O4 相转变而失活 ,而负载量太高时催化剂容易积碳 ,大颗粒的金属钴是积碳的活性中心     

碱金属离子对PtSn/Al2O3催化剂丙烷脱氢活性的影响

用吡啶吸附－红外光谱和热重法研究了Li^ 、Na^ 、K^ 碱金属离子对负载型PtSn/Al2O3催化剂在丙烷脱氢中活性的影响。结果表明，碱金属离子对催化剂表面酸性有调变作用，提高了PtSn/Al2O3催化剂脱氢选择性，引入适量的Li^ 和Na^ 可减少催化剂的积碳量，改善催化剂的稳定性，提高丙烷转化率和丙烯收率；而引入K^ 可减少催化剂的积碳量，但丙烷转化率和丙烯收率大幅下降。     

CH_4/C_3H_8部分氧化-CO_2重整反应的积碳研究

研究了Ni基催化剂在CH4/C3H8部分氧化-CO2重整反应中的催化性能和抗积碳性能。采用程序升温表面反应-质谱示踪、透射电子显微镜、热重-差热分析和Raman光谱等方法研究了反应后Ni基催化剂上的积碳物种和形态;采用程序升温氧化和程序升温加氢方法研究了Ni基催化剂上CH4裂解所形成的积碳。研究结果表明,O2可消除不与CO2反应的积碳;降低催化剂表面酸性有利于提高催化剂的抗积碳性能;CH4在Ni基催化剂上裂解形成3种氢含量不同的积碳Cα,Cβ,Cγ,800℃时H2只能消除反应活性较高的C,而O可消除全部积碳;C可形成类石墨碳,导致催化剂失活。     

助剂CeO2对Co／Al2O3催化剂上F-T合成反应性能的影响

在用于F-T合成的Co/Al2O3催化剂中加入少量助剂,能够提高CO转化率和C5 烃选择性。主要考察了助剂CeO2添加量和催化剂焙烧温度等因素对F-T合成反应的影响,并通过程序升温还原(TPR)、程序升温氧化(TPO)及X射线衍射(XRD)等手段对催化剂进行了表征。反应结果表明,在Co/Al2O3催化剂中加入少量CeO2(n(Ce)/n(Co)=0.1-0.14),能够有效提高催化剂的催化活性和C5 烃选择性;焙烧温度则以相反的趋势控制F-T反应活性和链增长几率;助剂的加入降低了催化剂的起始还原温度,改善了催化剂的还原性能。但是,催化剂的积碳量有所增加,经10h反应后,催化剂上存在两种类型的积碳。     

丙三醇与苯胺在CeO_2促进的Cu/SiO_2-Al_2O_3催化剂上气相合成3-甲基吲哚

采用浸渍法制备Cu/SiO2-Al2O3及添加CeO2助剂的催化剂,通过H2-TPR,XRD,NH3-TPD,TG-DTA等技术对催化剂进行表征。实验结果表明,对于丙三醇与苯胺气相合成3-甲基吲哚的反应,向Cu/SiO2-Al2O3催化剂中加入适量的CeO2助剂不仅能大幅提高催化剂的选择性,还能改善其稳定性;在CeO2负载量为0.35 mmol/g的Cu-CeO2/SiO2-Al2O3催化剂上,反应运行第5 h时,3-甲基吲哚收率达到46%;CeO2助剂能提高Cu粒子在载体表面的分散度,有效抑制反应过程中Cu粒子的烧结;CeO2助剂还能增加催化剂的弱酸中心数,降低中强酸的酸性,减少催化剂表面的积碳,但不改变积碳的结构。     

辉光放电等离子体处理制备Fe/γ-Al_2O_3催化剂对碳纳米管生长的影响

研究了辉光放电等离子体处理Fe/γ-Al2O3催化剂对甲烷分解制备碳纳米管的影响。和常规的铁催化剂相比,经过等离子体处理的催化剂抑制了甲烷的分解,且生成的碳产物形貌不同于常规催化剂。电子顺磁共振(ESR)光谱研究发现,铁催化剂在等离子体处理过程中,电子结构发生了改变,从而使催化分解不同于常规催化剂。     

Ni/La2O3-ZSM-5催化剂的制备、表征及其在CH4/CO2重整中的催化活性

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Ni/La2O3-ZSM-5催化剂,在微型反应器上考察了催化剂在CH4/CO2重整反应中的催化性能.通过XRD技术表征了新鲜的、还原后的及重整反应过的催化剂的体相结构,并用TG技术考察了催化剂表面上的积碳形式.结果表明,与浸渍法制备的Ni/ZSM-5催化剂相比,溶胶-凝胶法制备的催化剂具有较高的催化活性、稳定性及较低的积碳量,并且在36 h的重整反应中,甲烷、二氧化碳的转化率和氢气、一氧化碳的选择性基本保持不变.     

Ru-La-O/γ-Al_2O_3复合催化剂上CO选择性氧化脱除及再生

采用分步浸渍法制备了一系列Ru1-Lax-Oy/γ-Al2O3复合氧化物催化剂,在固定床微反装置中进行CO选择性氧化催化性能研究。考察了催化剂上不同La2O3添加量、不同再生方法对催化剂CO选择性氧化反应性能的影响,并通过TPR、XRD等手段对催化剂进行了表征。结果表明,添加w(La)=10%的Ru1-La10-Oy/γ-Al2O3催化剂在110℃～170℃温度区间具有99%以上的CO转化率,并且催化剂的选择性相对较高。经氮气、氢气及氧气再生处理后的Ru1-La10-Oy/Al2O3催化剂,其催化活性有所不同,其中经氧气处理后的催化剂,表面吸附氧含量较高,活性恢复较好。     

二聚酸在γ-Al2O3负载Ni催化剂上的加氢反应

浸渍法制备负载型Ni/SiO2与Ni/γ-Al2O3催化剂,采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、TPR和H2-TPD分别表征催化剂形貌、晶体形态、组分价态以及H2吸附能力,考察了催化剂用于二聚酸加氢反应的性能。实验结果表明:Ni组分在载体表面均匀分散,粒径8~16 nm,颗粒表面存在单质与氧化态,Ni负载量为30%的Ni/γ-Al2O3催化剂具有最大H2吸附量;30%Ni/γ-Al2O3催化剂加氢活性最高,在氢分压1.8 MPa、反应温度180℃、反应时间6 h的优化条件下,二聚酸转化率为98.3%;催化剂稳定性好,反应10次后,二聚酸转化率将为95.6%,加氢产物氢化二聚酸碘值6 g/100 g。     

Zr、Cr改性CeO_2/Al_2O_3催化剂CO_2氧化乙苯脱氢反应研究

采用沉淀法制备了Zr、Cr掺杂的CeO_2/Al_2O_3催化剂,利用BET,XRD,SEM,H_2-TPR等技术手段对催化剂进行了表征,考察了CO_2气氛下改性催化剂的乙苯氧化脱氢性能。表征结果显示,Cr改性后,催化剂的比表面积明显降低,团聚现象严重,反应后催化剂的积碳率较高,催化剂失活较快;Zr改性后,Zr进入Ce晶格中形成CeO_2-ZrO_2固溶体,改善了催化剂的烧结现象,催化剂的比表面积和还原性稍有降低,但热稳定性增强,对抑制积碳有积极作用。实验结果表明,Cr最佳负载量为3%(w),Zr最佳负载量为10%(w),Zr改性的催化剂在长时间的反应中具有更好的催化性能。     

镍镧钾催化剂用于煤油蒸汽转化制氢

以堇青石为载体、La_2O_3和 K_2O 为助剂,制备了负载型 Ni 催化剂;采用热重-微商热重、X 射线衍射和扫描电子显微镜等方法对催化剂进行了表征,在固定床反应器内对催化剂催化煤油蒸汽转化制氰的性能进行了评价,研究了添加 K_2O 助剂、催化剂的焙烧温度和反应温度对催化剂活性和稳定性的影响。实验结果表明,添加 K_2O 助剂后,催化剂的活性、产物选择性和抗积碳性能都有所提高;焙烧温度影响催化剂的性能,在773 K 下焙烧的催化剂活性最佳,该催化剂在873 K、气态空速2300 h~(-1)、常压、煤油流量1 mL/h、n(H_2O):n(C)约为3.5的反应条件下,具有最佳的反应性能,并且催化剂的抗积碳性能良好。     

生物油水蒸气重整制氢过程中的积碳研究

以浸渍法制备的 Ni/Al₂O₃为催化剂,在固定床反应器中对生物油水蒸气重整制氢过程的积碳进行了研究。实验结果表明,随反应温度的升高,积碳速率和整体积碳率先升高后降低,在 600 ℃左右积碳速率和整体积碳率达到最大值,分别为 143.68 mg/(g·h)和 24.89%。随水碳摩尔比的增加,积碳速率和整体积碳率逐渐降低,当水碳摩尔比从 1 增加到 4 时,积碳速率降低了 72.79%,整体积碳率下降了 72.77 百分点。催化剂积碳分析结果表明,积碳和烧结是造成催化剂失活的主要原因,催化剂积碳主要以丝状碳形式存在。     

天然气复合三元脱硫剂Cu-Zn-Ni/Al2O3性能的实验研究

用共沉淀法加浸渍法制成Ni含量分别为0,5%,10%的Cu-Zn-Ni/Al2O3复合三元脱硫剂,通过天然气脱硫实验,研究了它们的脱硫性能。实验结果表明：合适的Ni含量会增强Cu-Zn-Ni/Al2O3脱硫剂的精脱硫性能（＜10×10-9）,并且随着温度的升高,脱硫性能逐渐增强,最终会趋于稳定。5%Ni含量的Cu-Zn-Ni/Al2O3脱硫剂性能最优,在285 ℃分别达到5×10-9,5×10-9,6×10-9的脱硫深度。空速为400、1 200 h-1时,0Ni脱硫剂脱硫性能优于10%Ni脱硫剂;空速为2 400 h-1时,10%Ni脱硫剂脱硫性能优于0Ni脱硫剂。