铁基微胶囊催化剂制备及在CO_2甲烷化反应中的性能研究

以Fe_2O_3、CTAB、TEOS、氨水和氯钯酸铵为原料,采用浸渍法和溶胶-凝胶法制备了Fe_2O_3@SiO_2、Fe_2O_3@SiO_2-PdO、PdO-Fe_2O_3@SiO_2-1和PdO-Fe_2O_3@SiO_2-2微胶囊催化剂,在高压固定床反应装置上评价了催化活性。通过XRD、H_2-TPR、TEM和N_2物理吸附等方法对催化剂进行了表征。结果表明,无定型SiO_2均匀包覆在α-Fe_2O_3粒子上,制得了微米级胶囊催化剂,且具有介孔结构,比表面积较大,对CO_2甲烷化反应的催化性能明显改善,CH_4选择性大幅提高。与Fe@SiO_2-Pd相比,在Pd-Fe@SiO_2-1和Pd-Fe@SiO_2-2催化剂上,CH_4选择性大幅提高,充分体现了催化剂核内Pd与Fe间的协同催化作用。SiO_2膜太厚,不利于CO_2甲烷化反应,在膜厚度适中的Pd-Fe@SiO_2-1催化剂上,进行CO_2甲烷化反应,综合效果最好,CH_4选择性达76.2%。     

费托合成催化剂表面碳-氧键活化的研究

本研究针对费托合成反应中催化剂的活性相,即金属碳化物的生成进行了表面碳-氧键活化的研究。在催化剂的预处理阶段,采用CO对铁基催化剂和钴基催化剂进行渗碳处理,形成碳化铁和碳化钴。XRD图和TEM图的分析结果证实了产物的形成。进一步的实验结果表明,钴基催化剂的目标产物选择性高于铁基催化剂。通过密度泛函理论模拟计算,发现铁基催化剂表面碳-氧键的活化能力低于钴基催化剂,差异为1.26eV。因此,钴基催化剂在费托合成反应中具有更高的活性和选择性。     

铁基微胶囊催化剂制备及在CO_2甲烷化反应中的性能研究

以Fe_2O_3、CTAB、TEOS、氨水和氯钯酸铵为原料,采用浸渍法和溶胶-凝胶法制备了Fe_2O_3@SiO_2、Fe_2O_3@SiO_2-PdO、PdO-Fe_2O_3@SiO_2-1和PdO-Fe_2O_3@SiO_2-2微胶囊催化剂,在高压固定床反应装置上评价了催化活性。通过XRD、H_2-TPR、TEM和N_2物理吸附等方法对催化剂进行了表征。结果表明,无定型SiO_2均匀包覆在α-Fe_2O_3粒子上,制得了微米级胶囊催化剂,且具有介孔结构,比表面积较大,对CO_2甲烷化反应的催化性能明显改善,CH_4选择性大幅提高。与Fe@SiO_2-Pd相比,在Pd-Fe@SiO_2-1和Pd-Fe@SiO_2-2催化剂上,CH_4选择性大幅提高,充分体现了催化剂核内Pd与Fe间的协同催化作用。SiO_2膜太厚,不利于CO_2甲烷化反应,在膜厚度适中的Pd-Fe@SiO_2-1催化剂上,进行CO_2甲烷化反应,综合效果最好,CH_4选择性达76.2%。     

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。     

K/Zr助剂对Fe基催化剂CO加氢性能的影响

考察了K和Zr助剂对沉淀铁基催化剂在颗粒形貌、晶相组成、还原和碳化方面的影响,利用XRD、SEM、拉曼光谱、H2-TPR和CO-TPR对催化剂进行了表征,并考察了催化剂对CO加氢的催化性能。结果表明:K助剂有利于α-Fe_2O_3生成粒径为100~150 nm的多面体颗粒,Zr助剂有利于α-Fe_2O_3颗粒分散生成粒径为10~50 nm的不规则颗粒,K和Zr助剂协同有利于生成粒径为20~30 nm的规则球形颗粒;K和Zr助剂的加入提高了催化剂的H2低温还原峰温度和CO低温还原/碳化峰温度;反应过程中,与Fe催化剂相比,K有助于生成活性Fe5C2物相,使CO转化率提高了24.7%,CH4含量(气相色谱检测)降低了10.37%,烯烷比(烯烃与烷烃物质的量比,O/P)提高了2.24,而Zr对Fe5C2活性物相和费托合成制低碳烯烃(FTO)反应无显著影响;K和Zr助剂存在显著的协同效应,FTO反应过程中Fe_3O_4晶粒尺寸由反应前的26.4 nm减小至反应后的21.2 nm,且晶体趋向于无定形态,CO转化率达90%以上,产物分布中C2=~C4=摩尔分数为30.51%,O/P=3.59,C2=~C4=收率可达28.65%。     

费托合成铁基催化剂浆态床反应性能的研究

为了获得工艺参数对铁基催化剂费托合成产品分布的影响规律,在浆态床反应器中考察了反应温度、反应压力、氢碳比、空速对铁基催化剂费托合成反应性能的影响。结果表明,温度升高时,催化剂活性、CO_2和CH_4选择性均升高,产物向轻组分分布;压力增大时,催化剂活性和CO_2选择性升高,CH_4选择性下降,产物向重组分分布;随氢碳比的增加,催化剂活性和CH_4选择性升高,CO_2选择性下降,C_(5+)呈下降趋势;随空速增加,催化剂的活性和CO_2选择性下降,CH_4选择性上升,C_(5+)向轻质烃分布。选择合适的工艺条件,可有效改善铁基催化剂的费托合成反应性能,控制碳链长度和产物的分布,提高费托合成反应的经济性。     

熔铁触媒催化一氧化碳加氢合成烃

<正> 四、合成反应机理及动力学研究费—托合成反应机理,都着重于催化剂表面的反应。最早,费—托二氏提出金属碳化物的假设,其后 S·R·Craxford 和 E·K·Rideal 作出理论性的发展,认为合成气中 CO 首先被吸附在催化剂金属表面上,然后按以下方式生成金属碳化物 MeC。Me-CO+CO→MeC+CO_2Me-CO+H_2→MeC+H_2OMeC 与 H_2结合,产生吸附在金属表面上的 CH_2基,CH_2基聚合成多基链,多基链随着 H_2     

熔铁催化剂超临界相费托合成的研究

在固定床反应器上进行了熔铁催化剂在超临界介质存在条件下的费托合成,并与气相费托合成进行对比。结果表明,由于超临界介质具有类似气体的传质速率和类似液体的溶解能力和热容,减小了催化剂床层过热,减少了催化剂床层积炭,增加了合成气在催化剂表面浓度,促进了产物的脱附,使CO转化率提高,α-烯烃选择性和C5＋选择性增加,甲烷选择性减小。实验考察了温度、压力、合成气比例、合成气空速对超临界相费托合成反应的影响。发现当反应温度或压力低于介质的临界温度及压力时,反应性能迅速下降,说明介质仅在其临界点以上才表现出优良的超临界性能。其他反应条件对超临界相费托合成反应性能的影响类似气相费托合成。     

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。     

Mo_2C(101)上甲醇解离反应机理的理论研究

采用密度泛函理论方法对甲醇在Mo_2C(101)面上解离的反应机理进行了理论研究,计算了所有可能反应路径的活化能(Ea)和反应热(Er)。计算结果表明,甲醇解离的最佳反应路径为:CH_3OH→CH_3O+H→CH_2O+2H→CH_2+O+2H→CH+O+3H→C+O+4H。     

微通道下费托合成催化剂层涂覆厚度的数值研究

采用COMSOL-Multiphysics软件, 针对Fe基催化剂费托合成反应动力学特性, 建立了耦合流动、传热、传质、化学反应多物理场的二维数值计算单元模型, 研究微通道内的费托合成反应。重点研究了催化剂涂层厚度、冷却介质流速对微通道内传热传质、费托反应产物分布的影响规律。模拟结果表明:沿反应通道轴向方向, 催化剂涂层温度呈先升高后降低的趋势;随着催化剂涂层厚度的增加, 温度峰值出现的位置逐渐远离出口, CO转化率提高, CH₄的选择性增大, 而C₅₊的选择性逐渐减小;提高冷却介质流速有利于实现较好的温度控制, 显著降低CH₄的选择性, 提高C₅₊选择性;对于截面尺寸为0.6×0.6mm²、长度为200mm的微通道结构, 较佳的催化剂涂层厚度为0.1mm, 随着冷却侧冷却能力的增强, 较佳的催化剂涂层厚度变大。     

Co基费托合成催化剂载体的研究进展

综述了近年来钴(Co)基催化剂载体在费托合成反应中的研究进展.重点评述了柱撑蒙脱土、新型介孔分子筛等载体对钴基催化剂活性和选择性等方面的影响,概述了Co/Al_2O_3催化剂在费托合成反应中的催化机理,对今后Co基费托合成催化剂的研究提出了一点建议.     

合成气制低碳醇钼基催化剂助剂的研究进展

钼基催化剂具有独特的抗硫性和抗积炭性,在合成气制低碳醇催化体系中最具发展前景。钼基催化剂催化性能受助剂的影响较大。碱金属的加入能明显提高催化剂对醇的选择性,但使CO转化率下降;碱金属盐中阴离子种类对反应活性影响显著;将Co、Ni、Rh等加入碱金属掺杂的催化剂中,可以提高C2+醇的选择性;助剂Rh有利于醇选择性的提高,但反应条件苛刻,成本较高。不同类型催化剂的催化反应机理不同,与表面物相种类有关。选择适当助剂,有望得到性能优良的CO加氢合成低碳醇钼基催化剂。     

急冷骨架铁费托合成催化剂的研究

利用急冷方法制备了骨架Fe50Al50合金催化剂,详细研究了其物化性质以及引入金属Mn和K对催化剂物化性质和费托合成催化性能的影响。与传统Raney Fe催化剂相比,急冷Fe催化剂具有较大的比表面积、孔体积,较小的平均孔径,双孔分布中的大孔孔径相对较小,铁的晶粒较小,具有更多桥式CO活性吸附中心。与相近组成的沉淀铁催化剂对比结果表明:急冷FeMnK催化剂具有较小的比表面积和平均孔径,更大的颗粒密度,更高的F-T合成反应活性。在543 K、1.5 MPa、2.0 NL/(g-Fe.h)、H2/CO比为1的反应条件下,在1000 h运转期内,CO转化率达到了90%以上,甲烷选择性为7%左右,C5+选择性为70%左右。     

铁基费托合成催化剂研究进展

综述了近十年来铁基催化剂在费托合成反应中的研究进展,探讨了铁基催化剂活性组分的确定及影响铁基催化剂活性组分的因素,对比了3种催化剂制备方法（熔融法、沉淀法、负载法）和5种催化剂载体（氧化物、分子筛、碳材料、双孔材料和核壳材料）对费托合成反应性能的影响,从反应活性、选择性和反应稳定性3个方面阐述了助催化剂在费托合成反应中的作用。分析认为：碳化铁是铁基费托合成催化剂的活性组分;在铁基催化剂的制备过程中,选择适宜的制备方法、载体、助催化剂,可以达到提高费托合成反应活性、目的产物选择性和反应稳定性的效果。提出合成特定结构碳化铁、进一步研究铁基催化剂反应机理仍是未来研究的重点。     

Pt/WC催化剂甲醇脱氢反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)和周期平板模型,研究了甲醇在PtML/WC(0001)催化剂表面上的脱氢反应机理。通过对甲醇分解过程中反应物、中间体及产物的结构优化和对可能基元反应的过渡态搜索,得到了各吸附物种在最稳定吸附构型下的吸附能和各基元反应的活化能垒。通过对三条可能反应路径的比较,即甲醇分子中O—H键断裂生成甲氧基(CH_3O~*)和氢(H~*)、C—H键断裂生成羟甲基(CH_2OH~*)和氢(H~*)、C—O键断裂生成甲基(CH_3~*)和羟基(OH~*),发现O—H键的断裂所需活化能最低。因此,在PtML/WC(0001)表面上,甲醇分子中的O—H键断裂生成CH_3O~*为整个反应的速控步骤。     

铂助剂对钴基费托合成催化剂反应性能的影响

采用沉淀法制备了氧化铝负载的钴基催化剂，然后通过等体积浸渍法添加不同负载量的铂，以改善费托合成钴基催化剂的原料转化效率和C⁺₅烃类选择性。结果表明，铂助剂的引入降低了主活性组分钴(Co)的还原难度，促进了小粒径钴物种的形成，在一定程度上提高了催化剂活性，增加了C⁺₅烃类收率。综合考虑催化剂性能和成本，Pt添加量为0.3%时效果最佳，在216℃、2.5 MPa、1 000 h^-1、V(H₂)/V(CO)=2的反应条件下，CO转化率为58.34%,烃分布中甲烷选择性为7.62%,C⁺₅烃选择性为82.71%。     

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。     

合成气一步法制汽油馏分烃费托合成催化剂研究进展

围绕对费托合成产物分布的有效调控,综述了近年来有关合成气一步法制汽油馏分烃(C5^C11烷烃)费托合成催化剂的研究进展。重点分析了铁、钴、钌基分子筛催化剂对C5C11烷烃)费托合成催化剂的研究进展。重点分析了铁、钴、钌基分子筛催化剂对C5^C11烃选择性的影响,并对费托合成一步法制汽油馏分烃催化剂的未来发展方向进行了展望。     

Cd改性拉长石催化甲烷裂解制C2烃

以Cd改性拉长石(Cd/Lab)为甲烷裂解催化剂制C2烃,通过XRD、XPS、TEM及GC对催化剂的结构、形貌和催化性能进行了表征与测试。利用固定床反应装置考察了金属掺杂量、反应温度、原料气空速等因素对拉长石催化甲烷裂解制C_2烃的影响。结果表明,当原料气空速为1 L/h、反应温度1073 K时,天然拉长石和Cd质量分数为1.0%的Cd改性拉长石催化甲烷裂解的转化率分别为3.32%和6.41%,且C_2烃的选择性99%。XRD、XPS、TEM等表征和催化性能结果表明,Cd2+进入到拉长石的碱金属位点,证明拉长石催化甲烷裂解的有效活性位点是碱金属位点。