等离子体技术及其在催化领域中的应用

本文介绍了等离子体的特性，发生技术及其在催化剂的制备、再生和改性中的应用。并以甲烷与二氧化碳反应制合成气，甲烷与二氧化碳反应制乙酸及甲烷部分氧化制甲醇，甲烷偶联反应制低碳烃等为例介绍了等离子体技术在催化反应中的应用，分析了等离子体状态下的催化反应机理，从而预测了等离子体技术在催化领域中的应用前景。     

甲烷部分催化氧化合成甲醇和甲醛

本文综述了由甲烷部分催化氧化制甲醇和甲醛研究中所用催化剂的制备条件及催化反应条件,并对用于该反应的催化剂开发和最佳合成工艺条件的选择指出了方向。     

甲烷直接氧化制甲醇研究进展

叙述了近年来国内外关于甲烷直接氧化制甲醇的研究成果, 包括甲烷气相均相反应、气固催化反应、液相催化反应及反应机理讨论等, 并展望了进一步研究和开发的方向。     

氧泵型催化膜反应器中甲烷氧化偶联反应(Ⅰ)——氧泵型催化膜的制备及其反应性能

本文采用1％Sr/La_2O_3-Ag-YSZ氧泵型催化膜反应器进行了甲烷氧化偶联反应研究。比较了不同制备方法的催化膜的反应性能,结果发现浸涂法(Ag-YSZ管随旋转轴转动涂制)制备的膜性能最佳。研究了操作条件对甲烷氧化偶联反应的影响。研究证明,传递氧与气相氧同时进料是一种较好的反应方式。结果表明,利用该反应器不仅可以简化分离过程,而且还可得到更高的C_2烃选择性。     

激光催化氧化甲烷合成化合物的研究进展

天然气储量丰富,日益成为重要的清洁能源之一,而从其主要成分甲烷合成高附加值化合物更是研究前沿。由于甲烷结构稳定,CH键能很高,因而活化甲烷需要的条件非常苛刻。本文首先介绍了普通光催化氧化甲烷合成化合物的反应原理、研究进展、催化反应器和存在不足,然后综述了激光催化氧化甲烷合成化合物的反应原理、研究进展和催化反应器。指出激光光源具有提高光催化剂量子效率和缩短催化反应时间等诸多优势,接下来在深入研究激光催化反应机理的基础上,通过设计科学合理的激光反应体系,并遴选高效的光催化剂,有望显著提升包括甲烷氧化在内的激光催化反应性能,从而具有重要的学术意义和实践价值。今后的重点研究方向是通过激光催化氧化的方法使甲烷在温和的条件下活化,并合成高附加值化合物。     

氧泵型催化膜反应器中甲烷氧化偶联反应(Ⅰ)——氧泵型催化膜的制备及其反应性能

本文采用1％Sr/La_2O_3-Ag-YSZ氧泵型催化膜反应器进行了甲烷氧化偶联反应研究。比较了不同制备方法的催化膜的反应性能,结果发现浸涂法(Ag-YSZ管随旋转轴转动涂制)制备的膜性能最佳。研究了操作条件对甲烷氧化偶联反应的影响。研究证明,传递氧与气相氧同时进料是一种较好的反应方式。结果表明,利用该反应器不仅可以简化分离过程,而且还可得到更高的C_2烃选择性。     

甲烷低温活化制甲醇研究进展

简要评述了当前国内外在甲烷直接部分氧化合成甲醇和甲烷经卤代后合成甲醇领域的研究进展。众多研究表明,甲烷多相催化氧化制甲醇是最具有工业化应用前景的技术,其中钼系催化剂的效果较好;以Pt、Pd配合物为催化剂的甲烷液相催化氧化法制甲醇方法具有较高的甲烷转化率和甲醇选择性,但是催化剂价格昂贵、反应条件苛刻、环境污染严重;甲烷气相均相氧化属于非催化反应,在高温高压下进行,且反应器须具备特殊的形式,结构复杂;虽然酶催化氧化法的选择性较高,但是生物酶的制备有一定难度,不适用于大范围应用,该路线目前仅限于实验室研究阶段;光催化氧化是一种环境友好的技术,反应条件温和、避免氧化剂应用,但是该类催化剂局限于半导体和盐类,还有待于进一步开发新型高效的催化剂。同时,甲烷经卤代后合成甲醇的方法对解决甲烷活化的难题具有独特优势,是一种比较有开发前景的路线,正在受到研究者们的密切关注。     

氧泵型催化膜反应器中甲烷氧化偶联反应(Ⅱ)——动力学研究

在1％Sr/La_2O_3-Bi_2O_3-Ag-YSZ氧泵型催化膜反应器中,进行了甲烷氧化偶联反应动力学研究,提出了反应途径及机理,并建立了速率方程。结果表明,在该氧泵型催化膜反应器中,甲烷氧化偶联反应满足Rideal-Rdox机理。采用固体电解质电位测定技术进行了内扩散影响的考察。     

SrFe_(0.6)Cu_(0.3)Ti_(0.1)O_(3-δ)透氧膜反应器中甲烷部分氧化反应工艺及膜稳定性考察

采用SrFe0.6Cu0.3Ti0.1O3?δ混合导体透氧膜组装成膜催化反应器,进行甲烷部分氧化制合成气反应,考察了反应温度、空速、催化剂粒径等条件的影响,并分析了反应气氛引起的透氧膜结构变化情况。结果表明,在膜反应器内,催化反应与透氧过程存在相互制约和相互促进的关系。在膜反应器内进行甲烷部分氧化反应后,透氧膜的两侧表面均发生蚀刻现象,结晶度显著降低,反应侧蚀刻现象较为严重,膜表面形成了疏松的多孔层,反应气氛使膜表面晶体结构发生了较大改变,Sr容易从钙钛矿结构中析出并与CO2结合形成SrCO3,Sr的析出导致组成不平衡,促进了钙钛矿结构分解及其他物相的产生。     

甲烷临氧催化转化制合成气研究进展

介绍了国内外甲烷临氧催化转化制合成气的研究进展,结合本课题组的研究结果及文献报道,对甲烷部分氧化、甲烷临氧二氧化碳重整、甲烷临氧水蒸气重整及甲烷-二氧化碳-水-氧气耦合三重整反应进行了阐述和分析,综述了在催化剂体系、反应机理和工艺条件等方面取得的近期研究成果.最后对甲烷临氧催化转化制合成气技术今后的研究重点及应用领域作了展望.     

Methane Steam Reforming in Hydrogen-permeable Membrane Reactor for Pure Hydrogen Production

Steam reforming of methane over a ruthenium catalyst has been carried out at 500 °C in a membrane reactor equipped with a palladium membrane supported on a porous stainless steel tube. Hydrogen and carbon dioxide are mainly produced in the reaction, while hydrogen is selectively permeated through the membrane. Since equilibrium-shift takes place by hydrogen separation from the reaction mixture, the methane conversion significantly exceeds the equilibrium value, which is low at 500 °C. The selectivity to carbon monoxide by-produced in the reaction is lower than that expected from the equilibrium. Although the equilibrium conversion decreases with an increase in the reaction pressure, the conversion with the membrane reactor can increase because the hydrogen separation is promoted by the pressure increase. The catalytic activity is an important factor to produce a sufficiently high methane conversion and it is enhanced at a high reaction pressure.     

国内外甲烷催化部分氧化技术进展

介绍了国内外甲烷催化部分氧化制合成气技术的研究进展。主要工艺包括固定床工艺、流化床工艺和陶瓷膜工艺。此外，在反应器方面，还对两项最新专利技术进行了讨论。最后，提出了甲烷催化部分氧化制合成气技术的发展趋势，为我国在天然气利用方面的技术开发提供了参考和依据。     

甲烷催化燃烧反应工艺研究进展

甲烷催化燃烧是一种清洁高效的甲烷燃烧技术,在节能减排中具有重要的应用价值。从催化剂、反应工艺和过程强化等方面对近年来甲烷催化燃烧技术进行综述,重点介绍颗粒催化剂固定床反应工艺、整体式催化剂反应工艺、流化床反应工艺和吸放热耦合反应工艺研究进展。用于固定床反应器的颗粒催化剂主要为负载型贵金属催化剂和非贵金属氧化物催化剂。贵金属催化剂活性好,起燃温度低,适合低浓度甲烷的催化燃烧。非贵金属氧化物催化剂耐高温性好,适合较高浓度甲烷燃烧体系。整体式催化剂的甲烷催化燃烧反应工艺中,最常用的是蜂窝陶瓷和金属合金等整体式催化剂的多段式催化燃烧反应器的设计。设计直接采用多段式整体催化剂,催化剂的位置不同,发挥的催化作用也不同。流化床催化燃烧装置具有燃烧过程接触面积广、热容量大和换热效率高等特点,可有效避免传统的固定床催化燃烧反应工艺存在的问题,非常适合应用于低浓度甲烷的催化燃烧过程。利用甲烷催化燃烧强放热的特点,将催化燃烧产生的热量进行时间或空间的耦合,可以开发出吸-放热耦合反应工艺。其中,固定床催化反应器中的流向变换强制周期操作作为一种高效的过程强化技术,在节约反应器成本的同时,可以提高反应热量的利用率。     

Oxyfuel combustion using a catalytic ceramic membrane reactor

Membrane catalytic combustion (MCC) is an environmentally friendly technique for heat and power generation from methane. This work demonstrates the performances of a MCC perovskite hollow fibre membrane reactor for the catalytic combustion of methane. The ionic–electronic La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃₋ (LSCF6428) mixed conductor, in the form of an oxygen-permeable hollow fibre membrane, has been prepared successfully by means of a phase-inversion spinning/sintering technique. For this process polyethersulfone (PESf) was used as a binder, N-methyl-2-pyrrollidone (NMP) as solvent and polyvinylpyrrolidone (PVP, K16-18) as an additive. With the prepared LSCF6428 hollow fibre membranes packed with catalyst, hollow fibre membrane reactors (HFMRs) have been assembled to perform the catalytic combustion of methane. A simple mathematical model that combines the local oxygen permeation rate with approximate catalytic reaction kinetics has been developed and can be used to predict the performance of the HFMRs for methane combustion. The effects of operating temperature and methane and air feed flow rates on the performance of the HFMR have been investigated both experimentally and theoretically. Both the methane conversion and oxygen permeation rate can be improved by means of coating platinum on the air side of the hollow fibre membranes.     

An Ru-based catalytic membrane reactor for dry reforming of methane—its catalytic performance compared with tubular packed bed reactors

The methane reforming with CO₂ seems to be a promising reaction system useful to reduce the greenhouse contribution of both gases into the atmosphere. On this basis, and considering the potentiality of this reaction system, the dry reforming reaction has been carried out in an Ru-based ceramic tubular membrane reactor, in which two Ru depositions have been performed using the co-condensation technique. Experimental results in terms of CH₄ and CO₂ conversion versus temperature during time are presented, as well as product selectivity and carbon deposition. These experiments have also been carried out using a traditional reactor. A comparison with literature data regarding dry reforming reaction is also provided. Experimental evidence points out a good catalyst activity for the methane dry reforming reaction, confirming the potentiality of a catalytic membrane applied to the reaction system.     

Syngas formation by direct oxidation of methane: Reaction mechanisms and new reactor concepts

The reaction mechanism of direct catalytic oxidation of methane to syngas over a platinum catalyst under high temperature, short contact time conditions was studied with a detailed reactor and reaction model. Based on a detailed analysis of this mechanism, new integrated reactor concepts were deduced. Two concepts were studied in detail: a fixed bed reactor with integrated recuperative heat exchange, and a catalytic membrane reactor with distributed reactant feed. The reactor concepts are presented, and advantages and problems of the concepts are discussed.