富甲烷气自热转化催化剂及工艺条件研究

在固定床反应器中,对适合富甲烷气自热转化要求的Ni/α-Al2O3催化剂进行了一系列的工艺条件试验,考察了温度、压力、空速、水碳比和氧碳比对甲烷转化率、氢收率和CO选择性的影响,并进行了120h的寿命试验。结果显示,在甲烷空速GHSV=2000h-1,nH2O/nCH4=1.0,nO2/nCH4=0.6,P=0.5MPa,T=1073K的条件下,甲烷转化率、氢收率和CO选择性分别一直保持在96.7%、70.8%和62.4%左右,以上结果表明该催化剂具有很好的稳定性和较高的活性。     

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%。     

甲烷对稠环芳烃加氢裂化反应的促进作用

通过湿浸渍法制备负载型Zn-Ag/Hβ催化剂,采用XRD、SEM、XPS、Py-IR、NH₃-TPD和N₂吸附-脱附等手段进行表征。在稠环芳烃的加氢裂化反应过程引入甲烷,研究了甲烷对Zn-Ag/Hβ催化剂作用下稠环芳烃的加氢裂化反应过程的促进作用,并考察了甲烷引入比例、反应温度、反应压力等条件对稠环芳烃加氢反应萘转化率和苯、甲苯、二甲苯（BTX）等产物选择性的影响规律。结果表明：Zn-Ag/Hβ催化剂具有丰富的中强酸中心,负载金属Zn后分子筛存在Zn²⁺和进入分子筛晶体骨架的Zn物种,总酸量降低且Lewis/Brønsted（L/B）酸量比增加;在反应压力3.5 MPa、反应温度400 ℃、体积空速4 h^-1、气/油体积比800、氢气和甲烷混合气氛的条件下,以萘为模型化合物在Zn-Ag/Hβ催化剂的作用下进行加氢裂化反应,萘转化率为99.82%,液体收率为80.88%;与氢气气氛下相比,BTX总选择性、苯、甲苯和二甲苯的选择性均显著提高。甲烷参与反应对提高BTX选择性和液相收率有利,促进了萘加氢裂化反应产物中含有甲基侧链产物的选择性,该研究结果为高效利用宝贵的重质油资源提供一个新的途径。     

镍基低温甲烷化催化剂的制备与性能

采用中和沉淀法制备了比表面积和孔体积分别为161 m2/g,0.34 cm3/g的镍基低温甲烷化催化剂;同时,使用该催化剂通过甲烷化反应脱除了甲烷氢中的CO与CO2。结果表明:于微反装置中,在体积空速为5 000～10 000 h-1,反应压力为2 MPa,反应温度为150～165 ℃的条件下,可使自制的混合原料气中CO入口体积分数（5 000～6 000）×10-6与CO2的（120～150）×10-6均降至0.100×10-6以下,低温加氢性能与原料适应性良好;在连续1 400 h工业侧线评价试验中,于入口温度为160 ℃,反应压力为2.5 MPa,体积空速为8 000 h-1的条件下,可以使工业侧线粗氢气中CO体积分数由（1 300～2 000）×10-6降至1.0×10-6以下,催化剂具有优异的长周期稳定性。     

CuO-ZnO-Al_2O_3催化剂上低压CO_2加氢合成甲醇反应性能的研究

采用共沉淀法制备了CuO-ZnO-Al2O3催化剂,研究了不同制备方式对催化剂性能的影响,确定了并流共沉淀法为最佳的催化剂制备方式。考察了反应温度、反应压力、反应空速等因素对低压CO2加氢合成甲醇反应性能的影响。在原料气配比一定(V(H2)/V(CO2)=2.6/1)的条件下,确定了优化的工艺参数为:反应温度240℃、反应空速2400h-1。此反应条件下,CO2转化率9.0%,甲醇选择性14.1%。     

甲烷氧化偶联制乙烯高选择性MgO—La2O3体系催化剂的研究

研制了高速选择性ＭｇＯ－Ｌａ２Ｏ３体系的甲烷氧化偶联催化剂,并考察了甲烷空速,甲烷与氧比,反应温度等对催化剂活性与选择性的影响,发现该催化剂可适应的反应温度,甲烷与氧比等范围较宽,但对甲烷空速的变比较为敏感。在最佳条件下连续反应５００ｈ,该催化剂的甲烷转化率≥１９％,Ｃ２选择性〉７５％,经ＸＲＤ,ＸＰＳ分析结果表明其催化剂的相稳定,催化剂的Ｌａ的反应中和表面富集。     

整体式催化剂上CO在富氢气氛下的选择性氧化

以蜂窝状堇青石为载体,负载Co-Pt/γ-Al2O3催化剂,对富氢气氛下CO的选择性氧化反应进行了考察.结果表明,当CO体积分数低于ψ∞=0.02和V(O2)/V(CO)=1时,在120℃可获得接近100%的CO转化率,而O2选择性达到51%.与颗粒状催化剂相比,整体式催化剂同样呈现出优良的催化性能,但催化剂床层的温差更大.     

模压Ni-CeO_2催化甲烷部分氧化反应性能研究

利用溶液浸渍法制备了m(Ni)/m(CeO2)=9/1的模压Ni-CeO2催化剂,研究了其催化甲烷部分氧化制合成气反应的性能。系统考察了进料CH4/O2摩尔比、反应温度、空速等工艺条件对模压Ni-CeO2催化剂催化甲烷部分氧化制合成气反应性能的影响,并用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法对催化剂进行了表征。研究表明,在进料n(CH4)/n(O2)=1.9,反应温度930℃,空速1.2×105h-1的优化工艺条件下,模压Ni-CeO2催化剂表现出良好的甲烷部分氧化制合成气催化活性,CH4转化率为97%,H2和CO选择性分别为92%,98%。26h稳定性实验结果表明,Ni-CeO2催化剂在保持高催化活性的同时,也具有较好的稳定性。     

Ru/C在CO2加氢中碳载体的甲烷化和气化行为的研究

在对γ-Al2O3、SiO2和活性炭负载钌催化剂的CO2加氢性能研究基础上,研究了在CO2和氢气气氛中活性炭的甲烷化和气化行为.结果表明,在钌催化作用下的CO2加氢反应中,CO2的转化率和甲烷选择性都很高.在加氢过程中,活性炭与氢气的甲烷化反应和与CO2的气化反应都会导致Ru/C催化剂的流失.活性炭与CO2的气化反应是一个很显著的反应,但是同时也会因为氢气的存在而受到抑制.     

CuO-ZnO/ZrO_2催化剂上CO_2催化加氢合成甲醇的研究

采用并流共沉淀法制备了CO2加氢合成甲醇的CuO-ZnO/ZrO2催化剂,考察了反应温度、压力和空速等对催化剂性能的影响,并进行了催化剂活性稳定性评价。在原料气配比一定,CO2催化加氢合成甲醇较好的工艺条件为反应温度250℃,压力2.0MPa,空速1600h-1时,此时CO2转化率为23.1%,甲醇的选择性为50.2%。催化剂重复使用5次,CO2转化率仍在20%以上,催化剂活性稳定性较好。     

微通道反应器中Cu-Ce-Zr-O催化剂催化氧化去除富氢气体中CO的研究

利用溶胶-凝胶法制备Cu-Ce-Ze-O催化剂并将其负载于微通道反应器内,用于富氢气体中CO的选择性氧化。考察了Zr的掺杂量、焙烧温度以及催化剂预处理对催化剂性能的影响,并确定反应的最佳空速。结果表明,Cu1Zr2Ce9Oδ催化剂催化作用下,在反应温度180℃～240℃,CO转化率达99%以上;在温度210℃～230℃内,产品气中φ(CO)降到10×10-6以下。与新鲜催化剂相比,经H2处理后的催化剂反应性能有了较大的提高,且低温活性较好。空速的增加有利于反应的选择性提高。     

聚合级乙烯净化催化剂的工业应用

开发了用于脱除聚合级乙烯中的微量乙炔和H2的BC-I-037G催化剂和BC-I-HC40催化剂,用于脱除微量CO的BR-9201催化剂,并已在工业装置中得到应用。BC-I-037G催化剂和BC-I-HC40催化剂在乙烯空速2000～6000h-1、压力2.6～3.5MPa、温度20～50℃、n(H2)∶n(乙炔)<4和BR-9201催化剂在乙烯空速3000～3500h-1、反应压力0.1～3.0MPa、反应温度90～120℃的操作条件下,可使乙烯中乙炔的质量分数由(1～6)×10-6降至小于1×10-7、H2的质量分数由1×10-4降至小于1×10-6、CO的质量分数由(2～5)×10-6降至小于1×10-7。3种催化剂工业装置的应用结果表明,催化剂性能稳定,可操作范围宽,能满足工业装置的工艺要求。     

甲醇水蒸汽重整制氢催化剂的研究

对Cu-Zn-A1催化剂上甲醇水蒸汽重整制氢进行了研究,结合燃料电池对氢气中一氧化碳含量的特殊要求,并模拟工业装置测试,讨论了催化剂主成分含量、反应温度、反应压力、液空速等对一氧化碳含量和催化剂时空收率的影响,提出了适合燃料电池使用的甲醇水蒸汽重整制氢催化剂。     

一氧化碳对氢气中脱氧的影响

工业上制备得到的氢气中通常含有万分之几至千分之几体积的氧组分,需将氢气深度纯化后才能得到高纯度的氢,即氧含量要低达百万分之几。将氢气气体中的氧深度净化,一般采用催化氧化的方法,选择Al2O3作载体负载的Pd、Pt等贵金属催化剂,在常温下就可将氧脱除到3×10-6～5×10-6甚至1×10-6以下。但是对含有一氧化碳的氢气在常温下要将氢气中氧含量脱至3×10-6～5×10-6就难以做到。本文考察了氢气中有一氧化碳存在时,对Pd/Al2O3脱氧催化剂在不同温度和空速下脱除氧的影响。在反应温度150～170℃、空速5000h-1的实验条件下,氢气中氧含量从0.4%降低到(2～3)×10-6。温度继续升高时残氧量变化不大,当温度超过200℃时,CO会在高温下歧化而结炭,因此反应温度不应超过200℃。     

CN-9催化剂上甲烷蒸汽转化动力学及有效因子

在反应压力 3 12MPa(绝 ) ,反应温度 5 5 0～ 75 0℃ ,n(H2 O) /n(∑C) =2 0～ 4 0 ,甲烷空速 3 0 0 0～ 10 0 0 0h- 1的条件下 ,采用内循环无梯度反应器 ,研究了CN -9催化剂上甲烷蒸汽转化反应的宏观动力学。以平行反应模型表示转化反应 ,用非线性参数估值法处理测得数据 ,得到CO和CO2 的生成速率方程。建立了CN -9五筋车轮型催化剂数学模型 ,推导出了计算其有效因子的解析计算式。由此得到该催化剂的有效因子为 0 13～ 0 2 1。     

碳纳米管的制备及其用于甲醇气相羰基化催化性能

实验发现采用LaFeO3 催化剂乙炔在氢气与氮气气氛中裂解产物完全不同。在反应温度 973K ,氮气气氛下 ,乙炔在催化剂上裂解为碳纳米管 ,平均管径为 30nm ,管径比较均匀 ;在氢气气氛中乙炔主要在热电偶上裂解为碳纤维 ,直径平均为 6 0 0nm左右。采用碳纳米管作催化载体制备的硫化Mo/CNT催化剂 ,比相同条件下碳纤维作载体制得的Mo/CT催化剂甲醇气相羰基化活性高 2～ 3倍 ;在反应温度 5 73K、空速 96 0 0L/kg/h时 ,醋酸甲酯选择性为 76 2 %,此时TOF值最大达到 1 74mol醋酸 /molMo/h。对硫化的Mo/CNT催化剂的TEM图观察发现 ,催化剂颗粒负载在碳纳米管外壁上 ,催化剂颗粒直径平均 10nm。     

催化重整固定床反应器反应条件的优化研究

 采用已经建立的催化重整固定床反应器（Catalytic reforming fixed bed reactor，简称CRFBR）内传递及反应过程的综合数学模型，对工业固定床催化重整反应器进行数值模拟研究。考察了反应温度、反应压力、体积空速和氢/油体积比对产物组成的影响。结果表明，高反应温度、低反应压力可以提高产品的芳烃产率，但高反应温度会同时降低液体产物收率，低反应压力会加速催化剂上的积炭。体积空速和氢/油体积比的提高会导致液体产物收率增加和芳烃产率降低。在满足产品质量要求的条件下，各操作参数存在着最优值。引入芳烃产率和液体产物收率的变化量之积，即重整芳产液收积(K_I)作为控制参数，以K_I达极大值时的反应条件作为最佳反应器操作条件，为催化重整工艺条件的优化提供理论依据。     

柴油部分氧化重整制氢

采用浸渍法制备以γ-Al2O3为载体、稀土元素为助剂的多金属Pt系催化剂PtLaCoFeNi/γ-Al2O3;基于固定床反应器研究了催化剂的还原条件、催化活性及抗析碳性;通过单因素实验和正交实验分别研究了温度、水碳比、液空速、氧碳比四因素对柴油部分氧化重整制氢工艺的影响,并确定了最适宜的工艺条件为:温度680℃、液空速0.12 h-1、氧碳比0.2、水碳比20,此时每摩尔柴油可产氢38.5摩尔。     

低浓度CO合成甲酸甲酯中试研究

进行了低浓度CO合成甲酸甲酯的中试研究,探讨了温度、压力、流速、催化剂浓度等因素对反应的影响,在优化条件下考察了系统的稳定性。结果表明,低浓度CO(体积分数15%)合成甲酸甲酯CO的单程转化率达到50%以上,粗品中甲酸甲酯含量达到7%～9%,可以满足工业浓缩要求,且整个合成系统未发生母液堵塞的问题,与高浓度CO羰基合成甲酸甲酯相比,单位生产成本可降低30%,具有良好的技术先进性。