CO选择性甲烷化催化剂研究进展

经过重整反应等制备的富氢气体中通常含有微量CO,当其用于质子交换膜燃料电池或合成氨反应时,导致活性组分中毒而失活。采用CO选择性甲烷化反应可将CO去除,具有广阔的应用前景。综述富氢气体中CO选择性甲烷化催化剂研究进展,重点包括Ru基催化剂、Ni基催化剂以及Ru-Ni双金属催化剂。     

CO与CO2甲烷化反应研究进展

介绍了甲烷化反应的催化剂,尤其是Ni基催化剂的研究进展,综述了助剂、载体以及制备方法对甲烷化催化剂催化性能的影响,不同催化剂上CO和CO2甲烷化反应过程的机理。     

用于甲烷二氧化碳重整反应的Ni基催化剂的研究进展

对用于甲烷二氧化碳重整反应的Ni基催化剂的研究进展进行了概述,详细分析了Ni金属结构形态、载体、助剂及制备方法等方面对Ni基催化剂活性、稳定性及抗积碳性能的影响。     

甲烷与二氧化碳重整制合成气Ni与Co基催化剂的研究进展

综述了助剂、载体与催化剂制备方法对Ni基催化剂、Co基催化剂、Ni-Co基催化剂上甲烷与二氧化碳重整制合成气催化性能的影响,以及甲烷与二氧化碳重整催化反应机理的研究,展望了催化剂未来的发展方向。     

煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展

煤制天然气技术是将高碳能源转化为富氢、低碳能源的有效途径,发展以煤为原料、将合成气通过甲烷化反应制备天然气是今后煤清洁利用的重要途径。介绍了国内外煤制天然气的研究现状和甲烷化反应在煤制天然气中的应用。阐述了近年来CO、CO₂甲烷化催化剂中几种常见的氧化物负载型Ni基催化剂载体(Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂、TiO₂)和催化剂助剂的制备方法以及化学结构特点,分析了一些新型催化剂载体（MWCNT、SiC、LaFeO₃）、贵金属催化剂、非晶态合金催化剂、钙钛矿催化剂的研究现状和制备方法对催化剂催化性能的影响。分别对因高温烧结、催化剂中毒和催化剂积炭在工业上引起的甲烷化催化剂失活进行分析,并提出催化剂的改进方法。阐述CO甲烷化反应的次甲基机理、表面碳机理和变换-甲院化反应机理;近年来CO₂甲烷化反应机理尽管一直存在分歧,但在催化过程中生成含碳中间物种的理论已被认同。今后甲烷化催化剂的研究方向包括开发新型甲烷化催化剂（低温催化剂、催化剂掺杂改性）、新型复合载体、抗硫催化剂（钼、钨催化剂）以及开发甲烷化新工艺和进一步深入探索甲烷化反应机理。     

甲烷与二氧化碳重整制合成气Ni与Co基催化剂的研究进展

综述了助剂、载体与催化剂制备方法对Ni基催化剂、Co基催化剂、Ni-Co基催化剂上甲烷与二氧化碳重整制合成气催化性能的影响,以及甲烷与二氧化碳重整催化反应机理的研究,展望了催化剂未来的发展方向。     

负载型Ni基CO甲烷化催化剂研究进展

负载型Ni基催化剂是应用于CO甲烷化反应的重要催化剂,其金属分散度、活性位结构和化学组成是决定催化剂活性与稳定性的关键因素。综述了金属Ni活性中心结构、载体与助剂对负载型Ni基催化剂甲烷化反应活性和稳定性的影响,在提高催化剂活性的基础上,为开发低成本的负载型Ni基催化剂具有重要意义。     

富氢气体中CO优先氧化催化剂研究进展

以高纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池广泛应用于电动汽车,但其阳极容易被富氢气体中含有的少量CO毒化,造成电池性能严重降低。富氢气体在进入燃料电池前,必须进行CO净化处理。优先氧化法是除去富氢气体中少量CO最简单经济有效的方法,常用催化剂主要有Pt系、Au系和Cu系催化剂。着重阐述负载Au催化剂的制备方法、载体调变、助剂改性以及其他因素（如反应气氛中CO与O₂浓度比、水蒸汽和CO₂等）对Au催化剂CO优先氧化反应催化性能的影响。介绍以CuO/CeO₂催化剂为典型的非贵金属氧化物催化剂用于CO优先氧化反应的研究成果以及制备方法、载体和助剂改性等对催化性能的影响和反相结构CeO₂/CuO的催化性能。考虑利用催化剂活性组分,尤其是Au与Cu之间的协同作用,选用合适的载体,进行催化剂组分的设计仍然是今后研究的热点。突破常规无定形金属氧化物作载体,通过设计合成具有特定形貌的载体,研究不同晶面和不同价态等因素对催化剂CO优先氧化催化性能的影响,也是一项很有意义的研究。     

深度脱除富氢气体中CO的纳米Ni/ZrO2催化剂

针对富氢气体中甲烷化反应深度脱除CO过程中催化剂活性不足的问题,研究了一种新型的纳米Zr O₂负载的Ni基催化剂。通过尿素水解法制备不同活性金属含量的纳米Ni/ZrO₂催化剂,在体积分数为3%CO、2%CO₂、95%H₂的富氢气氛中,采用固定床反应器,研究了在不同反应温度、体积空速WHSV等对CO转化率以及最终出口气体中CO浓度的影响,同时进行了催化剂寿命评价。研究结果表明：Ni O的负载质量分数为30%的催化剂,在反应温度为200～400℃、反应空速为1 000 h^-1的条件下,可以将CO的体积分数降低至2×10^-6以下,且催化剂在连续评价100 h内,催化剂性能稳定。研究认为,由于纳米Zr O₂对CO的吸附能力增强,有利于提高催化剂上CO甲烷化反应的效率和稳定性。     

甲烷干重整Ni基催化剂失活及抑制失活研究进展

使用甲烷和二氧化碳为原料,通过甲烷干重整反应可以将其转化为合成气。由于此反应可以利用甲烷和二氧化碳这两种温室气体,因而近年来受到了研究人员广泛的关注。其中,反应所使用的Ni基催化剂由于其较高的活性和较低的成本得到了较为深入的研究。针对甲烷干重整Ni基催化剂,本文简要介绍了几种常用的制备方法,并指出了在反应条件下存在的活性组分Ni的烧结和积炭的生成这两个问题,还详细分析了其各自的影响因素。另外,还从使用特殊载体、添加助剂以及构造特殊结构三方面阐述了甲烷干重整Ni基催化剂的失活解决方案,并指出解决催化剂的烧结和积炭问题是当前该领域的研究重点。     

尿素燃烧法制备镍基甲烷化催化剂及其催化反应性能

以拟薄水铝石、硝酸镍以及镁、钴、镧和铁的硝酸盐为原料,尿素为燃烧剂,采用尿素燃烧法制备系列镍基(以及含助剂)甲烷化催化剂。通过XRD和BET等对催化剂结构进行表征,采用固定床反应器评价催化剂的合成气甲烷化催化反应性能,考察Ni含量、尿素与原料质量比、焙烧温度和不同助剂等对催化剂结构和性能的影响,评价催化剂的稳定性。结果表明,Ni O质量分数为7.5%~44.8%时,采用尿素燃烧法均可制备γ-Al2O3为载体的镍基甲烷化催化剂,最佳制备条件为:尿素与原料质量比3∶1,焙烧温度450℃,燃烧时间40 min。26.1%Ni O/γ-Al2O3催化剂表现出较好的催化性能,在230℃和常压条件下,CO转化率和CH4选择性分别达99.5%和98.3%。26.1%Ni O-2.6%La2O3/γ-Al2O3催化剂在(230~700)℃经过多次升降反应温度和1 460 h的长周期稳定性测试,表现出较好的稳定性和耐热冲击性能。     

煤基合成气甲烷化用镍基催化剂失活热力学和抗失活预测

利用热力学数据对煤基合成气甲烷化用镍基催化剂硫中毒以及积炭热力学进行了详细的计算。计算发现,活性金属Ni、Mo在甲烷化反应条件下与H₂S、COS发生反应是自发进行的过程。10^-10数量级分压的H₂S含量、10^-14数量级分压的COS含量即可使镍金属活性组分生成硫化镍而使催化剂失活;当Mo作为助剂添加到Ni基催化剂时,硫含量不能超过10^-6数量级。不同温度区间发生的积炭反应类型不同,当温度为633.15～898.15K时,积炭反应主要以CO歧化反应、CO还原反应为主;898.15～983.15K时以CH₄裂解反应为主。另外,在0.1MPa下,添加摩尔分数为11.11%及以上含量水蒸气可以避免积炭。     

煤基合成气制甲烷工艺与催化剂研究进展

煤制天然气是煤炭高效清洁利用的重要途径,甲烷化是煤制天然气的关键反应,具有强放热、可逆和体积缩小的特点。针对甲烷化反应特点,工艺上主要采用多段绝热循环稀释CO含量、合成气变换与净化等策略实现高甲烷收率。对现有的传统甲烷化工艺进行归纳总结,并分析各自甲烷化工艺的特点。在此基础上,对甲烷化工艺路线进行比较,提出开发煤制天然气耐硫甲烷化新工艺,并对该工艺进行探讨。常规钼基耐硫甲烷化催化剂由于原料空速和转化率低,水热稳定性也有待提高,因而开发粗煤气多段耐硫甲烷化制天然气节能工艺及高效耐硫甲烷化催化剂是今后的研究方向。     

CeO2助剂对Ni基催化剂甲烷化性能的影响

甲烷化工艺是煤制天然气的关键技术,甲烷化催化剂则是甲烷化技术的核心。Ni基催化剂具有活性高、选择性好和价格低廉等优点,但易积炭,积炭堵塞催化剂孔道,覆盖表面金属活性位,导致催化剂失活。稀土类金属氧化物（如CeO₂、La₂O₃等）对Ni基催化剂的活性、稳定性、抗积炭性能以及活性组分的分散有明显的促进作用。采用共沉淀法制备了CeO₂-La₂O₃复合氧化物载体,负载Ni后用于CO甲烷化反应,利用N2物理吸附、XRD、H₂-TPR、XPS和TG等对催化剂结构进行表征。结果表明,Ni/CeO₂-La₂O₃中CeO₂的添加主要发挥了电子助剂的作用,CeO₂的存在提高了催化剂表面Ni0周围的电子密度,促进Ni物种的还原,同时还能提高催化剂的抗积炭能力,使催化剂表现出更好的甲烷化活性与稳定性。在V（H₂）∶V（CO）=1、反应温度450 ℃、空速24 000 h^-1和常压下,Ni/CeO₂-La₂O₃催化剂的CO转化率达82.7%。     

UiO-66基催化剂的制备及其在CO甲烷化中的应用

煤制天然气技术具有良好的经济和环境效益,其中CO甲烷化是煤制天然气过程的重要环节之一。本研究以UiO-66材料为载体制备了一系列具有不同Ni负载量的Ni/UiO-66催化剂,采用XRD, BET, TG, SEM, TEM, XPS等表征方法对载体和催化剂的物相结构、织构性质、热稳定性和元素分布情况进行考察,并对各催化剂上CO加氢性能进行了考察。研究结果表明,Ni金属高度分散于UiO-66载体上,且对金属有机骨架材料的物相结构和晶体形貌无显著影响。在CO甲烷化反应过程中,随Ni负载量逐渐增加,各Ni/UiO-66催化剂的起活温度逐渐降低;在相同反应温度(320℃)下,不同催化剂上Ni负载量由10%增加到30%,其CO转化率由10.7%提升到89.7%;当Ni含量为20%时,催化剂在反应过程中具有良好的稳定性。同时,Ni基催化剂上CO转化率远高于具有相同金属负载量的Fe基和Co基催化剂,表明Ni作为活性金属在合成气制甲烷反应过程中具有优异的催化性能。     

CO气相偶联制草酸酯研究进展

CO气相偶联法制备草酸酯具有条件温和、安全环保和原料丰富等特点。综述了CO气相偶联制草酸酯的研究进展,分别从工艺流程、催化剂制备、催化剂失活和偶联反应机理等方面介绍,并对偶联法的发展前景进行了展望。     

煤制天然气镍基催化剂的研究进展

介绍煤制天然气的现状及CO加氢甲烷化机理;比较不同甲烷化反应器的优缺点;阐述合成气甲烷化镍基催化剂的性能,分析了2种不同载体硅胶和氧化铝的作用机理,并进一步分析了载体和制备方法对催化剂性能的影响。