甲烷催化部分氧化制成合成气研究新进展

传统的天然气蒸汽重整制合成气在天然气间接转化利用过程中约占总费用的６０％左右。甲烷催化部分氧化制合成气反应是一个温和的放热过程,具有反应速度快、选择性高、反应器体积小和能耗低等优点,具有降低建厂投资和操作费用的巨大潜力。本文阐述了近十年来在甲烷催化部分氧化制成合成气工艺研究方面取得的主要进展,包括催化剂研究、反应器设计、工艺开发以及反应动力学和反应机理研究,并简单介绍了天然气的蒸汽重整、非催化部分     

甲烷部分氧化制合成气研究进展

甲烷部分氧化制合成气是高转化率、高选择性、高空速、低Ｈ２／ＣＯ比、温和的放热反应,它很有希望代替常规的水蒸汽重整法。部分氧化催化剂虽有三类,但有应用价值的是活性组分Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ等为诉负载型催化剂。在常压或氏压、６００－９００℃ＣＨ４／Ｏ２比１．６－２．０、空速大于１０＾５ｈ＾－１的条件下,催化剂显示了较高的活性和选择性。关于反应机理,Ｐｒｅｔｔｅ、Ｓｃｈｍｉｄｔ及Ｂｕｙｅｖｓｋａｙａ分别提出了     

甲烷催化部分氧化制合成气研究进展

简要介绍了各种正在研究开发中的天然气制合成气技术,催化部分氧化制合成气具有较好的工业化应用前景;从催化部分氧化的热力学、催化剂和反应机理等方面对甲烷催化部分氧化技术的研究状况进行了阐述和分析,并对甲烷催化部分氧化技术今后的研究重点和应用领域进行了展望。     

天然气部分氧化制合成气获成功

由华东理工大学洁净煤技术研究所开发的天然气非催化部分氧化法制合成气技术，成功应用于内蒙天野化工集团大型合成氨装置油改气工程。该技术的核心装置气化炉于2005年11月初投料成功，已产出合格的氨。     

甲烷催化部分氧化制合成气研究新进展

传统的天然气蒸汽重整制合成气在天然气间接转化利用过程中约占总费用的60％左右。甲烷催化部分氧化制合成气反应是一个温和的放热过程,具有反应速度快、选择性高、反应器体积小和能耗低等优点,具有降低建厂投资和操作费用的巨大潜力。本文阐述了近十年来在甲烷催化部分氧化制合成气工艺研究方面取得的主要进展,包括催化剂研究、反应器设计、工艺开发以及反应动力学和反应机理研究,并简单介绍了天然气的蒸汽重整、非催化部分氧化、联合重整和自热重整制合成气工艺过程。     

甲烷催化部分氧化制合成气反应器的改进

在带空气分布器的固定床反应器中,以空气为氧源,采用NiO-La2O3/MgAl2O4-α-Al2O3催化剂,进行了甲烷催化部分氧化制合成气的研究。考察了空气流量分配比(D)对催化性能、催化剂床层轴向温度分布、催化剂床层轴向原料组成和产物分布的影响。实验结果表明,D不影响催化剂床层出口处的气体组成;当D为80%时,沿催化剂床层轴向n(O2):n(甲烷)可保持在0.10～0.22,催化剂床层入口处的温升明显下降,整个催化剂床层轴向温度分布均匀,表明采用空气分布器有利于提高甲烷部分氧化反应的选择性,抑制了甲烷的完全氧化。     

甲烷部分氧化制合成气研究进展

本文通过甲烷催化部分氧化制备合成气反应机理的研究,首先阐述了我国当前合成气制备的新技术特点,同时对甲烷催化部分氧化制备合成气的催化剂选择、热力学以及反应机理等几个方面进行深入研究,阐述当前甲烷催化部分氧化制备合成气反应机理的不同观点,为甲烷催化部分氧化制备合成气工业化发展提供支持,推动我国合成气制备领域的全面发展.     

载体对甲烷催化部分氧化制合成气的影响

运用固定床流动反应装置、ＴＰＲ和ＸＲＤ等手段考察了载体的晶相组成、比表面和孔结构等性质对Ｎｉ基催化剂在甲烷部分氧化制合成气中反应性能的影响。结果表明,热稳定性好、导热好的惰性材料如（Ｃａ）ＭｇＡｌ２Ｏ４等是甲烷部分氧化制合成气理想的催化剂载体。载体必须具有适当的比表面和孔结构,以利于反应物分子在催化剂表面吸附并与活性中心充分接触,同时也有利于产物分子脱附并离开催化剂表面,防止副反应（积碳反应和燃烧反应）的发生,及时把反应热移走,避免热点产生使催化剂失活。另外还发现,具有不同比表面和孔结构的催化剂具有不同的最佳空速     

整体型海绵镍催化剂催化甲烷部分氧化制合成气

利用电沉积法制得的海绵镍制备了整体型海绵镍催化剂,并将其应用于甲烷部分氧化制合成气反应。考察了原料气配比、反应温度、空速、催化剂床层高径比等工艺条件对整体型海绵镍催化剂催化甲烷部分氧化制合成气反应的影响,并对催化剂进行了扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征。根据研究结果确定优化的工艺条件为:反应温度950℃,空速1.35×105h-1,原料气配比n(CH4)∶n(O2)=1.5,催化剂床层高径比0.75。在此工艺条件下的反应结果:CH转化率约90%,H选择性约80%,CO选择性约90%。     

天然气部分氧化制合成气的工业应用

随着国内以渣油为原料的化肥成本上升,中国石油天然气股份有限公司宁夏石化分公司对原装置进行了改建,将以渣油作原料改为以天然气作原料。文章就天然气部分氧化制合成气工业应用的理由、工艺技术、改造效果等进行了论述,从而确定了工艺流程和工艺条件。改建装置投产运行表明：各项运行参数、技术指标均达到设计水平,合成氨生产成本比原来降低了150元／t氨。     

甲烷和富氧空气催化氧化制合成气

采用固定床流动反应装置,考察了３种不同氧化气氛下甲烷催化氧化制合成气的反应性能。在空速为５×１０５ｈ－１、ＣＨ４／Ｏ２＝２．０、外控温度为８００℃时,富氧空气（３４．５％Ｏ２＋６５．５％Ｎ２）具有和１００％Ｏ２气氛基本接近的反应性能,而且用空气或富氧空气取代纯氧明显减轻了催化剂床层的“热点”现象。针对富氧空气（３４．５％Ｏ２＋６５．５％Ｎ２）,考察了空速对反应性能的影响。结果表明,空速在３×１０５～８×１０５ｈ－１范围内ＣＨ４转化率＞９０％,ＣＯ选择性＞９０％,Ｈ２选择性接近１００％;合成气中（Ｈ２＋ＣＯ）／Ｎ２比值接近３．０,ＣＯ经水蒸汽变换后得Ｈ２／Ｎ２比值接近３．０,基本满足合成氨的要求     

甲烷催化部分氧化制合成气研究新进展

介绍了甲烷催化部分氧化制合成气的研究现状,综述了甲烷催化部分氧化制的反应热力学、动力学、反应机理、催化剂研制等方面的研究进展,重点对催化剂的活性组分、助剂和载体进行了评述。认为助剂的掺杂改性和加强活性组分与载体之间相互作用是提高催化剂活性和稳定性的关键。     

加压下甲烷空气部分氧化制合成气

采用固定床流动反应装置 ,研究了加压条件下镍基催化剂对甲烷空气部分氧化制合成气的催化性能 ,考察了镍负载量、助剂种类、反应温度、压力、CH4/O2 配比等因素对催化性能的影响。结果表明 ,Ni/α -Al2 O3-MgAl2 O4催化剂的镍负载量质量分数为 8%时 ,催化性能最佳 ,添加稀土助剂La2 O3的催化剂活性最好 ,且La2 O3的最佳添加量(质量分数 )为 2 %。 8%Ni-2 %La2 O3/α -Al2 O3-MgAl2 O4催化剂上的条件试验表明 ,在 70 0～ 90 0℃内 ,CH4转化率和CO选择性随温度升高而增加 ;随着压力的增加 (0 1～ 1 5MPa) ,CH4转化率和CO选择性下降 ;在甲烷空速为(0 8～ 2 0 )× 10 4h- 1 内 ,转化率和选择性基本不变。     

用于天然气催化部分氧化制合成气的钙钛矿型催化材料的研究

对钙钛矿型晶格氧催化剂用于天然气部分氧化制合成气进行了研究,考察了AFeO3(A=La,Nd,Sm,Eu)型催化剂的性能以及A位元素,反应温度,催化剂的再氧化时间等对催化性能的影响。结果表明,由稀土金属(La,Nd,Sm,Eu)制得的AFeO3催化剂中以LaFeO3选择氧化性能最好,当其具有甲烷部分氧化活性时,基本不存在H2与晶格氧之间的氧化反应,少量的CO可在催化材料上被氧化为CO2。     

甲烷直接部分氧化制合成气催化剂进展

综述了过渡金属催化剂催化甲烷直接部分氧化制合成气反应的进展，讨论了关于催化剂活性中心的一些观点和两种有代表性的反应机理。     

甲烷部分氧化反应制合成气的研究进展

综述了甲烷部分氧化反应制合成气的研究进展情况,重点介绍了催化剂和反应器,另外对新出现的激光促进表面反应技术和等离子体技术也进行了简单的介绍。     

Mg调变Ni基催化剂上甲烷部分氧化制合成气

在固定床流动反应装置上考察了不同反应条件对Ｍｇ调变Ｎｉ基催化剂反应性能的影响。当催化剂床层径高比约为２,空速２０×１０５ｈ－１,床层最高温度９４０℃,Ｖ（ＣＨ４）／Ｖ（Ｏ２）＝２０时,甲烷转化率９７％,ＣＯ选择性９８％,Ｈ２选择性接近１００％。５００ｈ的稳定性考察结果表明,甲烷转化率大于９０％,ＣＯ及Ｈ２选择性均大于９５％。反应后的催化剂经ＳＥＭ分析没观察到积炭。     

甲烷催化部分氧化制合成气固定床反应器的研究进展

简要回顾了合成气的生产历史.与传统的甲烷水蒸气重整制合成气相比,甲烷催化部分氧化制合成气在过程能耗和产物组成等方面具有一定的优势,反应器是甲烷催化部分氧化制合成气工艺过程的关键.本文对1990年以来甲烷催化部分氧化制合成气8种新型结构固定床反应器进行了归纳和评述.     

甲烷空气催化部分氧化制合成气与含氮合成气制二甲醚的研究

采用常规浸渍法制备了经镧和镁改性的镍基催化剂 ,以铜锌铝甲醇合成催化剂和HZSM 5分子筛通过机械混合制备了二甲醚合成催化剂。采用固定床流动反应色谱装置研究了甲烷空气催化部分氧化制合成气的催化性能 ,同时开展了以含氮合成气制备二甲醚的研究。结果说明 ,镍基催化剂对甲烷空气部分氧化制合成气在常压下具有高的转化率 ,随压力升高 ,转化率明显下降 ,并且催化剂严重积炭 ,通过向反应体系添加H2 O和CO2 可以提高加压条件下的CH4转化率并抑制催化剂积炭 ,还可获得n(H2 ) /n(CO)接近 2的合成气 ,满足合成二甲醚的要求。采用含氮合成气制备二甲醚 ,在压力 7.0MPa ,空速 10 0 0h-1条件下 ,催化剂连续使用 2 0 0h性能基本稳定 ,CO转化率在 93%左右 ,DME选择性在 77%左右 ,DME收率在 72 %左右