Co改性Mn/Cu/MgO催化剂对合成气制混合醇的影响

采用共沉淀法制备了Co改性的Mn/Cu/Mg氧化物催化剂,通过低温N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、CO程序升温脱附(CO-TPD)、程序升温还原(H_2-TPR)和X射线光电子能谱分析(XPS)等手段对催化剂进行表征,并研究了其CO加氢制混合醇的催化性能。结果表明:Co的加入促进了Co_2Mg和MnCo_2O_4相的形成,有利于Cu,Mn及Mg物种的分散;当Co和Cu的物质的量之比增加至0.3时,总醇中C_(2+)OH与C_1OH选择性之比由0.31增至3.12,C_(2+)OH时空收率由9.07 g/(kg·h)增至28.83 g/(kg·h);适量Co助剂的添加可有效提高催化剂的插碳能力,从而提高了C_(2+)OH在总醇中的选择性,催化剂稳定性能良好。     

合成气制C_(2+)醇Cu-Mn催化剂的Co改性研究

采用共沉淀法制备CuCoMnAl多组分金属催化剂,并在固定床反应器中考察该催化剂对合成气制C_(2+)醇反应的性能。实验结果表明,当n(Co)∶n(Cu)=0. 4时,生成C_(2+)醇的选择性达到18. 7%,其中乙醇所占比例50%,添加Co的催化剂改性效果显著。利用XRD、H2-TPR、BET和CO-TPD等分析方法对催化剂进行表征,考察催化剂的结构和表面性质对生成C_(2+)醇选择性的影响。结果表明,适量添加Co可使催化剂形成双级孔结构,生成了具有协同作用的Cu-Co结构,显著增加催化剂吸附CO的能力,促进合成C_(2+)醇活性位的形成。     

Fe-M(M=V、Cr、Mn)熔铁催化剂的费-托合成反应性能研究

采用高温熔融法制备了一系列Fe_3O_4-FeO基Fe-M(M=V,Cr,Mn)熔铁催化剂,考察了其在n(H_2)/n(CO)=1.5、反应温度320℃、反应压力2.0 MPa和空速11400 h~(-1)条件下的费托合成反应(FTS)催化性能,研究了V、Cr、Mn助剂对Fe_3O_4-FeO基熔铁催化剂FTS催化性能的影响。并结合X射线衍射(XRD)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、H_2/CO/CO_2程序升温脱附(TPD)等手段对反应前后催化剂的物化性能进行表征。结果表明,Mn、V、Cr助剂的添加都增加了催化剂表面的碱性,提高了低碳烯烃选择性(C_2~=～C_4~=)。其中,添加V和Cr助剂后的催化剂,CO的转化率都有所降低,C_(5+)高碳烃选择性也大幅度降低。虽然V助剂的添加其产物中低碳烯烃选择性提高最多,但是其CO转化率大幅度下降。而Mn助剂添加后,其CO转化率最高,副产物CH_4选择性最低,且目标产物低碳烯烃选择性升高。因此,Mn是Fe_3O_4-FeO基熔铁催化剂费-托合成反应有利的助催化剂。     

Co改性Na_2WO_4/Mn/SiO_2甲烷催化氧化催化剂结构及性能研究

本文制备了一系列不同Co含量的Na_2WO_4/Co-Mn/SiO_2双功效催化剂,用于甲烷催化转化制备氢甲酰化合成丙醛的原料气。当气体空速GHSV=24 000 h~(-1)、CH_4/O_2=2.5,Co负载量为6%(质量分数)的催化剂上可得到C_2H_4/CO/H_2=1/1/1,且(C_2H_4+CO)总收率达23%。XRD和XPS结果表明,在Na_2WO_4/Co-Mn/SiO_2催化剂上Co只以+2价形式存在,并分散到α-方晶石和/或Na_2WO_4晶相结构中。Mn则以两种化学态共存,即Mn~(3+)和Mn~(4+),且随着Co负载量的增加,更多的Mn~(3+)转化为Mn~(4+)。结果表明,C_2H_4选择性随Co的增加而降低,CO和H_2的选择性及收率则与催化剂表面的Co/W比值近似呈线形关系。     

费托合成蛋壳型催化剂活性组分厚度的模拟计算

采用Comsol-Multiphysics软件对蛋壳型Co基催化剂费托合成反应体系进行了CFD模拟计算。通过建立合理的费托合成催化剂颗粒三维模型进行计算,重点研究了催化剂活性组分厚度对费托合成反应产物分布、温度分布以及转化率的影响。结果表明:费托合成反应内扩散阻力较大,CO在催化剂表面和内部存在明显的浓度差。且由于H_2的扩散速率远大于CO的扩散速率,导致催化剂颗粒内部氢碳比很高,不利于油类和蜡类物质的生成;随着催化剂活性组分厚度的增加,CO转化率逐渐提高,甲烷和低碳烃的选择性逐渐增大,而C_(10)H_(22)和C_(22)H_(46)的选择性逐渐减小;催化剂颗粒内部的温度峰值逐渐向催化剂内部移动,不利于反应热的转移。对于尺寸为?2.5 mm的蛋壳型球形催化剂,较佳的催化剂活性组分厚度为0.125 mm。     

焙烧温度对Co-Ru-ZrO2/γ-Al2O3F-T合成催化剂性能的影响

采用浸渍法制备钴基催化剂,考察了催化剂焙烧温度对其F-T合成反应性能和产物分布的影响。制备催化剂时,不对催化剂进行焙烧,Co物种容易还原,并可较好分散,催化剂具有较高的催化活性和重质烃选择性。较高温度下焙烧,Co物种和载体间的相互作用增强,形成难还原的铝酸钴化合物,同时氧化钴晶粒聚集或烧结,Co物种的还原程度下降,催化剂CO加氢活性降低,重质烃选择性下降。在原料气n(H₂)∶n(CO)=2.0、483 K、1.5 MPa和800 h^-1条件下,未焙烧、673 K和923 K焙烧的催化剂上进行F-T合成反应,CO的转化率分别为80.27%、78.41%和61.14%,重质烃的选择性C₅⁺分别为88.54%、88.57%和77.95%。较低焙烧温度有利于反应速率的提高和重质烃的合成,较高焙烧温度使CO加氢活性下降,有利于低碳烃的生成。     

浸渍次序对钴基催化剂F—T合成催化性能的影响

采用浸渍法制备钴基催化剂,考察了催化剂组分浸渍次序对其F—T合成反应性能和产物分布的影响。载体γ-Al2O3先浸渍Zr组分,可阻止活性组分与载体间形成难还原的铝酸钴化合物。同时,ZrO2可与催化剂表面的金属Co形成活性界面,在一定程度上使CO容易离解,从而使催化剂呈现出较高的活性和重质烃选择性。在原料气n（H2）：n（CO）=2．0、温度493K、压力1．5MPa、空速800h^-1下,载体先浸渍Zr,然后浸渍Co和Ru的混合水溶液,CO的转化率和C5^＋的选择性为82．54％和85．63％,链增长概率为0．86,3种组分分次浸渍。CO的转化率、重质烃C5^＋的选择性和链增长概率分别为81．03％、84．69％和0．83。三种组分混合浸渍,Co可能在催化剂浸渍、干燥、焙烧过程中与载体相互作用形成一定量的难还原化合物,使催化剂的催化性能下降。     

高温对浆态床中Fe-Cu-K-Si催化剂费托合成反应性能的影响

为了研究高温对费托铁基催化剂性能的影响,在浆态床反应器中考察了高温对Fe-Cu-K-Si费托合成催化剂反应活性及选择性的影响。催化剂评价结果表明,与265℃相比,320℃下搅拌釜内浆液高度降低22%,但液面高度保持平稳;CO转化率提高了20%,CO_2选择性降低了2%左右。提高反应温度后,CH_4和C_2~C_4选择性分别提高了4.7%和11.72%,C_2~C_4的烯烷比提高了1.99;C_3的烯烷比从4.27提高到7.64,C_2的烯烷比从3.00提高到3.87,但是C3的烯烷比提高幅度明显高于C_2。升高温度可提高费托合成的CO转化率、C_1~C_4低碳烃选择性及烯烷比,但也降低了C_(5+)的选择性。因此,工业生产中要根据烃类产品分布的实际需要来控制反应温度。     

含镁添加剂的铁基费-托合成催化剂

采用连续共沉淀与喷雾干燥技术相结合的方法制备了一系列不同镁添加剂含量的微球状沉淀型Fe/Cu/K/Mg/SiO_2(Mg/Fe质量比0～0.11)催化剂.采用H_2/CO体积比为2的合成气在523 K、2.0 MPa、2 000 h~(-1)的条件下于固定床反应器上考察了这一系列催化剂的F-T合成(FTS)反应性能.结果表明,适量镁添加剂的加入可以提高催化剂FTS反应活性,增加稳定性,提高C_(5+)、总烃的时空产率和C_(5～11)汽油馏分段产物的选择性,降低CO_2的选择性,抑制铁基催化剂的水煤气变换(WGS)反应,但过高的Mg添加剂含量易使催化剂的稳定性变差,反应活性下降.结果表明,Mg/Fe=0.07的催化剂在该反应条件下,CO最高转化率达到90%,且具有良好的稳定性;在整个运行期间,有效烃(C_(5+)+C_(2～4)~=)选择性在83%左右,甲烷选择性维持在8%左右.     

焙烧温度对Co—Ru—ZrO2／Y—Al2O3 F—T合成催化剂性能的影响

采用浸渍法制备钴基催化剂，考察了催化剂焙烧温度对其F—T合成反应性能和产物分布的影响。制备催化剂时，不对催化剂进行焙烧，Co物种容易还原，并可较好分散，催化剂具有较高的催化活性和重质烃选择性。较高温度下焙烧，Co物种和载体间的相互作用增强，形成难还原的铝酸钴化合物，同时氧化钴晶粒聚集或烧结，Co物种的还原程度下降，催化剂CO加氢活性降低，重质烃选择性下降。在原料气n（H2）：n（CO）=2．0、483K、1．5MPa和800h^-1条件下，未焙烧、673K和923K焙烧的催化剂上进行F—T合成反应，CO的转化率分别为80．27％、78．41％和61．14％，重质烃的选择性C5^＋分别为88．54％、88．57％和77．95％。较低焙烧温度有利于反应速率的提高和重质烃的合成，较高焙烧温度使CO加氢活性下降，有利于低碳烃的生成。     

合成气费托合成制重质烃Ru-Co/SiC催化剂的制备及性能

费托合成是以合成气生产清洁燃料和其他化学品的重要途径。传统费托合成产物遵循A-S-F分布,只有甲烷和重质烃的选择性没有极限值。因此,费托合成研究以最大程度地合成重质烃,提高合成产物中重质烃的选择性为目标。基于此,首先详细探究了Al₂O₃、SiO₂和SiC载体对费托反应性能的影响。结果表明 Co/SiC催化剂具有最高的CO转化率（83.5%）和C₅₊选择性（80.3%）。与浸渍法相比,原位还原法更为有效地引入Ru到Co/SiC催化剂,将C₅₊选择性提高至90.1%。Ru助剂能在保持较高催化活性不变的前提下,有效提高Co/SiC催化剂C₅₊选择性。催化剂表征（XRD、H₂-TPR、XPS、H₂-化学吸附和TEM）结果表明,Ru能与Co发生相互作用,提高了催化剂的可还原性和活性组分的分散性,进而改善了Co/SiC催化剂重质烃的选择性。     

Effects of identities of supports on Fe-based catalyst and their consequences on activities of CO2 hydrogenation to olefins

The direct synthesis of olefins by CO₂ hydrogenation with iron-based catalysts is one of the best ways to achieve CO₂ emission reduction and CO₂ conversion and utilization. At present, the CO₂ hydrogenation activity and structural strength of the iron-based catalysts are still relatively low during CO₂ hydrogenation process, which has become an important challenge for the industrialization of CO₂ hydrogenation to olefins. In this work, a series of the supported iron-based catalyst was prepared by the impregnation method to study the influence of the properties of support materials on the structure of iron-based catalysts and the reactivities of the direct synthesis of olefins from CO₂ hydrogenation. This work found that the support induced the iron species formed during the process of CO₂ hydrogenation, simultaneously affected the order degree of carbon species on the surface of iron-based catalyst, and tuned the capability of CO₂ adsorption and the activities of CO₂ activation. The results shown that the Fe-based catalyst supported on ZrO₂ exhibited the best catalytic performance for CO₂ hydrogenation to olefins at 320℃ and 2.0 MPa. The CO₂ conversion (>30%) and the selectivity of olefins in C₂—C₇ hydrocarbon products were as high as over 85%, the ratio of olefins to paraffins was 8.2, and the CO selectivity was 17.1%.     

载体对铁基催化剂结构及CO2加氢制烯烃反应性能的影响特性

铁基催化剂CO₂加氢直接合成烯烃是实现CO₂减排及CO₂转化与利用的最佳途径之一。目前铁基催化剂的CO₂加氢活性及反应过程中铁基催化剂结构强度仍然较低,成为CO₂加氢制烯烃产业化生产的重要挑战。通过浸渍法制备一系列负载型铁基催化剂,研究载体材料性质对铁基催化剂结构及CO₂加氢直接合成烯烃的影响特性。研究发现,载体可诱导铁基催化剂在CO₂加氢反应过程中形成的铁物种,同时影响铁基催化剂表面碳物种的有序度,调变对CO₂吸附及活化能力;研究结果表明ZrO₂负载的Fe催化剂展现出最佳的CO₂加氢合成烯烃催化性能,在温度320℃和反应压力2.0 MPa时,CO₂转化率>30%,C₂~C₇烃类产物中烯烃选择性高达85%以上,烯烷比为8.2,且CO选择性较低为17.1%。     

EDTA辅助制备高活性费托合成催化剂

费托合成（FTS）对天然气、煤炭和生物质向清洁运输燃料和增值化学品的转化至关重要。传统上,用于FTS的负载型铁催化剂主要是以氧化铝和二氧化硅为载体。然而,金属与载体的相互作用阻碍了活性相碳化铁的形成,使得催化剂活性较低。本文通过乙二胺四乙酸（EDTA）络合浸渍制备了Fe/Al₂O₃催化剂,通过带正电荷的羟基（OH{}_{\mathrm{2}}^{+}）与[Fe(EDTA)]^-配合物阴离子之间的库仑相互作用来提高氧化铝载体上铁物种的分散度。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积（BET）、原位红外（In-situ IR）等手段进行表征分析。结果表明,添加EDTA有助于增强Fe的抗烧结性。在煅烧络合浸渍制备样品的过程中,EDTA可以分解为具有还原性质的有机小分子,将催化剂中的铁物种还原为Fe²⁺,有利于催化剂的还原;更多活性中心增强了催化剂对CO的吸附量。原位红外实验表明,EDTA辅助制备的催化剂更容易富集活性物种,从而提高CO的转化率。调节体系中碱金属钠的含量改善了烃内产物分布。在较低的氢碳比（H₂/CO=1/1）下,EDTA络合制备的Fe-Na/Al₂O₃催化剂显示出高的CO转化率（88.5%）以及最大的C₂~C₄=和C₅~C₁₁选择性,总选择性达71.2%。     

Performance of Ni/Nano-ZrO2catalysts for CO preferential methanation简

Large surface areas nano-scale zirconia was prepared by the self-assembly route and was employed as support in nickel catalysts for the CO selective methanation. The effects of Ni loading and the catalyst calcination temperature on the performance of the catalyst for CO selective methanation reaction were investigated. The cata- lysts were characterized by Brunauer-Emmett-Teller （BET）, transmission electron microscope （TEM）, X-ray dif- fraction （XRD） and temperature-programmed reduction （TPR）. The results showed that the as-synthesized Ni/nano-ZrO2 catalysts presented high activity for CO methanation due to the interaction between Ni active particle and nano zir- conia support. The selectivity for the CO methanation influenced significantly by the particle size of the active Ni species. The exorbitant calcination resulted in the conglomeration of dispersive Ni particles and led to the decrease of CO methanation selectivity. Among the catalysts studied, the 7.5% （by mass） Ni/ZrO2 catalyst calcinated at 500℃ was the most effective for the CO selective methanation. It can preferentially catalyze the CO methanation with a higher 99% conversion in the CO/CO2 competitive methanation system over the temperature range of 260-280℃, while keeping the CO2 conversion relatively low.     

不同氧化锰载体对费托钴基催化剂合成低碳烯烃的影响

制备不同的Co/MnO_x (Co/MnO、Co/MnO₂、Co/Mn₂O₃、Co/Mn₃O₄) 催化剂,并利用XRD、SEM、TEM、BET、TPR、DRIFTS、XPS表征手段分析催化剂的理化性质,比较不同氧化锰载体对催化性能的影响,考察催化剂对低碳烯烃(C₂⁼～C₄⁼)的选择性影响。结果表明催化剂Co/MnO和Co/Mn₃O₄更容易还原,并且CO的吸附量较大,有利于实现较高的CO转化率;Co/Mn₂O₃和Co/Mn₃O₄中CO桥式吸附更高,有利于生成更多的-CH₂-物种。综合考虑催化剂的活性和C₂⁼～C₄⁼选择性,Co/Mn₃O₄的费托合成(FTS)性能最好,其中C₂⁼～C₄⁼选择性为50.91%,烯烷比(O/P)为3.40。     

CO/CO2加氢高选择性合成化学品和液体燃料

一氧化碳/二氧化碳（CO/CO₂）转化利用是碳一化学与CO₂捕集利用中的重要环节,也是当今碳资源的非石油路线利用最具挑战性的方向之一。CO₂的高效活化与定向转化是CO₂利用过程中的关键问题,而CO加氢转化最大的瓶颈问题为如何有效控制C-O键的活化、C—C键的形成、碳链增长及终止。本文主要综述 CO/CO₂加氢高选择性合成重要化工原料低碳烯烃（C₂ ⁼～C₄ ⁼）以及一步高效合成汽油馏分（C₅～C₁₁）等方面取得的突破性进展。目前,CO/CO₂加氢主要经过费托合成与氧化物/分子筛双功能两条路线合成低碳烯烃与汽油燃料。针对费托合成C₂ ⁼～C₄ ⁼,分析表明棱柱状碳化钴得到的烃类产物分布可以显著突破Anderson-Schulz-Flory（ASF）分布的限制,而分子筛已被广泛用于构建双功能费托催化剂,由于酸性分子筛具有加氢裂化、低聚与异构化等功能,使得CO/CO₂还可以直接高选择性地转化为C₅～C₁₁烃类。另一方面,将可以活化CO或CO₂到甲醇的可还原型氧化物与具有C—C偶联功能的SAPO-34或HZSM-5分子筛进行耦合,也可以实现CO/CO₂加氢一步合成低碳烯烃或汽油且具有非常优异的选择性和高转化率。今后,借鉴纳米合成领域新方法,使产物分布打破经典ASF限制,最大限度地提高目标烃类化合物的选择性并显著减少甲烷的生成是研究关键。     

Partial oxidation of methane to CO and H2 over nickel and/or cobalt containing ZrO2, ThO2, UO2, TiO2 and SiO2 catalysts

The influence of different metal oxide supports (i.e. ZrO₂, ThO₂, UO₂, TiO₂ and SiO₂) on the performance of Ni- and/or Co-containing catalysts [Ni and/or Co/MO₂ mole ratio (where M=Zr, Th, U, Ti or Si)=1.0] in the oxidative methane-to-syngas conversion at very low contact time (GHSV=5.2×10⁵ cm³ g⁻¹ h⁻¹ at STP) was investigated. The nickel-containing ZrO₂, ThO₂ and UO₂ catalysts (with or without pre-reduction by hydrogen at 500°C) showed good performance in the process; the order of their performance is NiO–ThO₂>NiO–UO₂>NiO–ZrO₂. The NiO–TiO₂ showed appreciable catalytic activity only after its reduction at 800°C. However, this catalyst and the NiO–SiO₂ catalyst showed poor performance in the process. These two catalysts are also deactivated very fast, mostly because of sintering of Ni and/or formation of catalytically inactive binary metal oxide phases by solid–solid reaction at the high catalyst calcination and/or catalytic reaction temperature. Although the Ni-containing ThO₂, UO₂ and ZrO₂ catalysts showed good performance, carbon deposition on them during the process is fast. However, because of the addition of cobalt to these catalysts (with Co/Ni=1.0), the rate of carbon deposition on them in the process is drastically reduced. This Co addition however resulted in a significant decrease in both the conversion and selectivity; the decrease in the selectivity was small.     

ZnZr/HZSM-5双功能催化剂在合成气与苯烷基化反应中的催化性能

将系列锌锆金属氧化物与HZSM-5分子筛耦合制备成双功能复合催化剂,并将其应用于合成气与苯烷基化反应。研究结果表明,ZnO是合成甲醇的主要活性组分,ZrO₂的加入能够促进ZnO分散,同时其表面具有的氧空位可促进CO的活化,二者结合方式显著影响反应活性。SEM、XPS、CO-TPD等表征结果表明,ZnO与ZrO₂相结合不仅能够提高ZnO的分散度,而且能调控氧化物表面的氧空位浓度,当二者形成固溶体时,锌在氧化锆中的分散度最大,表面氧空位浓度最高,CO吸附量最大,催化活性最高。锌锆结合方式一定时,锌含量是影响催化活性的另一重要因素,n(Zr)/n(Zn)=2的锌锆固溶体与HZSM-5以质量比1∶2耦合表现出最高的催化活性,CO和苯的转化率为34.65%和35.82%时,甲苯和二甲苯的总选择性高达85.24%。     

载体制备方法对Ni/ZrO_2催化剂顺酐液相加氢性能的影响

分别以水和甲醇为溶剂制备晶粒尺寸基本一致的四方相ZrO_2,通过浸渍法制备Ni质量分数10%的Ni/ZrO_2-W(水为溶剂)与Ni/ZrO_2-M(甲醇为溶剂)催化剂,考察其催化顺酐液相加氢性能。采用BET、XRD、H_2-TPR、H_2-TPD和in situ FT-IR对催化剂进行表征。结果表明,以甲醇为溶剂制备的ZrO_2比表面积明显小于以水为溶剂制备的ZrO_2,但Ni/ZrO_2-M催化剂存在强的金属-载体相互作用,其活性金属分散度以及C=O加氢活性明显高于Ni/ZrO_2-W催化剂。在反应温度210℃和氢压5 MPa条件下反应3 h,Ni/ZrO_2-M催化剂上顺酐转化率几乎100%,γ-丁内酯选择性为22.8%,Ni/ZrO_2-W催化剂上γ-丁内酯选择性仅为2.5%。