基于Ni/Al2O3整体式催化剂的生物质气化合成气甲烷化研究

以生物质气化模拟合成气H2/CO/N2为原料气,以堇青石蜂窝陶瓷为基体制备Ni/Al2O3整体式催化剂,通过扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、程序升温反应法(TPR)、热重分析(TG)等表征分析手段,考察催化剂制备方法(浸渍法和溶胶-凝胶法)、温度(250~550℃)及空速GHSV(6000~14000 mL/(g·h))对催化剂甲烷化性能的影响。结果表明:浸渍法制备的Ni/Al2O3催化剂(DIP-Ni/Al2O3)与溶胶-凝胶法制备的Ni/Al2O3催化剂(SGNi/Al2O3)相比,前者甲烷化性能较好。在H2、CO、N2物质的量之比为3∶1∶1且空速为10000 mL/(g·h)条件下,浸渍法制备的Ni/Al2O3催化剂在400℃时甲烷化性能最佳,且该条件下CO转化率为98.6%,CH4选择性为90.9%。当H2、CO、N2物质的量之比为3∶1∶1且温度为400℃时,在实验空速范围内,浸渍法制备的Ni/Al2O3催化剂CO转化率和CH4选择性均基本稳定在90%,甲烷化性能较好。     

Fe-Ag/La_2O_3-ZrO_2催化乙醇水蒸气重整制氢

用草酸盐沉淀法制备La2O3-ZrO2复合氧化物载体,用浸渍法制备Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂;用X射线衍射技术表征催化剂;考察了催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化活性。结果表明,La含量较低的La2O3-ZrO2复合载体具有明显的四方晶相结构;Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中表现出良好的催化性能,气相产物中H2物质的量分数很高,CO和CH4物质的量分数很低;La,Ag,Fe含量影响催化剂的活性及选择性。在以(1Ag20Fe)20(2La8Zr)为催化剂,反应温度为823 K、乙醇与水物质的量比为1∶6,乙醇水溶液流速为0.1 mL/min的反应条件下,乙醇转化率达到95.7%,气相产物中H2物质的量分数为78.7%、CO的物质的量分数小于1.2%。     

Cu/La2O3/Al2O3催化剂上甲醇水蒸气重整制氢反应

研究以并流共沉淀法制备Cu/La2 O3 /Al2 O3 系列催化剂催化甲醇水蒸气重整制氢反应过程 ,考察了La2 O3含量、反应温度、水醇比、液体空速 (WHSV)等因素对催化剂活性的影响。结果表明 :催化剂表现出较好的低温活性、高氢气选择性和稳定性。La2 O3 质量分数为 15 % ,在 2 5 0℃反应时 ,催化剂活性表现最佳 ,甲醇摩尔转化率为94 .5 % ,氢气选择性为 10 0 % ,CO摩尔分数为 1.0 5× 10 -7。     

乙酸水蒸气重整制氢中载体组成对催化剂性能的影响

采用溶胶–凝胶法结合湿浸渍法制备了Ni/ZrO2、Ni/La2O3-ZrO2和Ni/La2O3催化剂,采用XRD、BET、TG及 H2-TPR等方法对催化剂的结构和性质进行了表征。通过生物油模型物乙酸水蒸气重整反应,探讨了载体组成对催化剂性能和积炭形成的影响。载体组分不同的Ni催化剂具有不同的Ni颗粒尺寸、孔结构和Ni–载体相互作用,这对乙酸水蒸气重整反应路径有重要影响。催化剂Ni/70wt%La2O3-ZrO2在乙酸水蒸重整反应中表现出较好的催化性能和稳定性,在反应时间10 h内,氢气产率保持在76.05%以上;同时,TG和XRD分析结果表明,Ni/70wt%La2O3-ZrO2具有较好的抗烧结能力和较低的积炭率。     

Ni-Co双金属催化剂上沼气重整制氢宏观动力学

用传统湿式浸渍法制备La2O3掺杂的商业γ-Al2O3负载的沼气重整催化剂Ni-Co/La2O3-γ-Al2O3,通过对NiCo双金属催化剂上沼气重整制氢在常压下的宏观动力学分析,得出该催化剂上CH4与CO2消耗、H2与CO生成时的表观反应速率方程.通过改变进料中CH4与CO2的分压,求出各物质的反应分级数,确定总反应...     

Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂上二甲醚水蒸气重整制氢

采用草酸盐胶态共沉淀-机械混合法制备了一系列Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂,考察了CuMn摩尔比及助剂La、Al、Fe、Zn等对Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂上二甲醚水蒸气重整制氢的催化性能的影响,并结合热重-差热扫描量热分析(TG-DSC)、N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)等表征手段研究了助剂La的添加对Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂微观结构的影响.研究表明:当Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂中Cu/Mn摩尔比为1/2时,催化剂具有较高的初始活性;添加La、Al、Fe、Zn等助剂均不同程度地提高了Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂的稳定性,其提高顺序为:La>Al>Fe>Zn;适量La的添加可以起到隔离和分散铜的作用,能阻碍活性组分的聚集长大,有助于活性组分细化,并增加表面高分散CuO的量,同时增强Cu-Mn以及金属铜和载体之间的相互作用,防止铜的团聚,从而提高催化剂的活性及稳定性.     

生物质气化焦油催化裂解特性

以白云石为载体制备的Ni基催化剂对松木粉在700℃下气化产生的焦油进行了催化裂解实验研究，并与重油裂解催化剂进行了对比。结果表明：石油化工重油裂解催化剂对生物质气化焦油具有一定的催化裂解作用；Ni的掺入方式和催化剂的煅烧温度对催化剂的性能具有显著的影响。以100～120目白云石粉为载体，900℃下煅烧的Ni基催化剂在700℃(2下焦油裂解对H2和CH4具有很好的选择性(H2为78．3％，H2 CO为92．3％，CH4为2．3％)；100h老化实验显示H2/CO随催化剂活性降低而逐渐减小。     

铂基催化剂快速部分催化氧化甲烷的研究

以Al2O3为载体,采用浸渍法制备Pt/Al2O3催化剂,通过测量重整反应过程中催化剂的温度分布情况,研究了改变甲烷快速部分氧化重整反应中反应条件(反应气体预混合温度、N2体积比例、CH4/O2比)对反应物的转化率及产物选择性的影响。研究发现,催化剂床层温度的上升可以促进CH4的转化,使H2和CO的选择性升高且H2与CO的物质的量的比(简称H2/CO比,依此类推)升高。N2体积比例及CH4/O2比的升高,会降低催化剂床层温度,进一步造成CH4的转化率和H2/CO比降低,但与仅降低混合气预热温度不同的是,提高N2体积比例及CH4/O2比会造成H2和CO的选择性升高,这可能是催化剂表面的活性氧导致的。通过对甲烷在Pt催化剂上的反应机理进行了初步讨论,认为甲烷的快速部分催化氧化反应为多种反应路径共存,不同的反应条件下各种反应路径所占比例会发生变化。     

CuO-ZnO/γ-Al_2O_3催化剂分解N_2O的性能研究

以CuO为活性组分、ZnO为助剂、γ-Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备了一系列CuOZnO/γ-Al_2O_3型直接分解N_2O催化剂,考察了活性组分和助剂含量、烟气工况对催化剂分解N_2O活性的影响,开展了催化剂的稳定性测试,并对催化剂进行了表征.结果表明:CuO质量分数为15%时催化剂的分解活性最高,ZnO助剂的掺入可以明显提高催化剂对N_2O的转化率,烟气中O2和H_2O的存在则会抑制催化剂的活性.15Cu-30Zn/γ-Al_2O_3催化剂在650℃、空速为21 000h~(-1)、含O_2和H_2O的烟气条件下,在100h的连续测试中,N_2O转化率稳定维持在90%以上,具有良好的高温抗氧和抗水蒸气抑制性能以及稳定性.     

整体型V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂的制备

采用静态氮物理吸附法、X射线衍射及扫描电镜对自行研制的V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂进行了物化性能表征测定,并在固定床连续积分反应器上进行了活性评价,研究了V2O5、WO3、MoO3等成分的含量对催化剂活性的影响,以及催化剂制备过程中浸泡时间、浸泡液浓度、温度等因素对催化剂负载量的影响.结果表明：催化剂活性成分及助剂比例均存在着最佳值,试验制备的催化剂V2O5/TiO2最佳比例为3%左右,WO3/TiO2比为15%,MoO3/TiO2比为30%;浸泡时间、浸泡液浓度对催化剂负载量的影响基本上呈指数衰减,在足够长的时间内,浸泡液温度只影响催化剂的负载速度,而对于负载量的影响可以忽略.     

Ni／凹凸棒石催化裂解生物质焦油组分甲苯

以大比表面积的天然纳米矿物凹凸棒石为载体,利用等体积浸渍法制备出Ni/凹凸棒石催化剂.以甲苯为生物质焦油的模型化合物,在CO2气氛下研究Ni/凹凸棒石催化剂对甲苯的催化裂解性能.采用XRD、TEM等分析手段对制备的催化剂进行表征,然后在气-固相催化实验装置中考查CO2浓度、反应温度和Ni担载量对H2产量和积碳量的影响.结果表明:随着CO2浓度和反应温度的升高,H2产量呈下降趋势;增加Ni担载量,有利于提高H2产量;提高CO2浓度和反应温度,积碳量减小.     

甲烷重整热化学储能实验及数值模拟研究

通过等体积浸渍法,实验制备Pt-Ru/γ-Al2O3催化剂,对该催化剂进行活性、稳定性测试,并进行TG与TEM表征,然后建立二维固定床数值模型分析反应器内的温度场、流场与组分场分布。实验结果表明:该催化剂具有良好的催化效率及优越的稳定性,CH4在800℃时的转化率为94.1%,CO/H2比为1.03,在800℃下能连续运行500 h。模拟结果表明,建立的数值模型与实验值吻合较好,不同温度下的最大偏差不超过14.81%,能较好地反应固定床反应器内的热质传递与组分分布特性。     

热裂解气中模型化合物萘的催化转化

用浸渍法制备了一系列不同载体和不同活性组分的催化剂，研究了催化剂载体、活性组分及镍含量对热裂解气中模型化合物萘反应性能的影响，比较了氧气和水蒸气在有催化剂在无催化剂条件下对萘转化率和CO、H2产率的影响，实验发现，Al2O3和Ni分别是萘催化转化催化剂中较好的载体和活性组分，在适当的反应条件和催化剂存在下，萘的转化率可达90%以上。     

CuO-ZnO-Al_2O_3/蒙脱土催化二氧化碳加氢合成二甲醚

采用盐酸酸化的蒙脱土负载共沉淀法制备的CuO-ZnO-Al2O3,制备了CuO-ZnO-Al2O3/蒙脱土催化剂,用BET、FT-IR和XRD对催化剂结构进行了表征,并在固定床微型反应器中研究了其对二氧化碳加氢制备二甲醚的催化活性,在反应混合气空速为1 600 h-1,蒙脱土∶CuO-ZnO-Al2O3=3∶7(质量比)的条件下,测定了酸化浓度、反应温度、压力和H2/CO2体积比对催化活性的影响。结果表明,用1 mol/L HCl酸化蒙脱土,反应温度为545K,反应压力为3 MPa,H2/CO2体积比为3时,CO2的单程转化率达到26.5%,二甲醚的选择性和收率分别为16.7%和4.4%,甲醇和二甲醚的总收率达到15.7%。     

甲烷快速部分氧化重整试验研究

采用常规浸渍法制备了Rh/α-Al2O3催化剂,建立了甲烷快速部分氧化重整试验体系。通过控制变量法,考察了甲烷快速部分氧化重整反应中反应条件参数(CH4/O2、反应气体预混合温度、空速)变化对反应物的转化率、反应产物及分布的影响。试验结果表明,在试验条件下,CH4的转化率始终大于85%,O2转化率接近100%,CO的选择性为85%左右,H2的选择性为40%～60%。反应过程大致为催化剂入口处的部分氧化反应和下游的水蒸气重整,大部分的CO由部分氧化产生,而H2的产生受水蒸气重整反应的影响较大;随着反应温度的上升,CH4的转化率上升,CO,H2的选择性也上升;随着空速的增大,H2的选择性减小,表明甲烷催化部分氧化反应是一个受传质控制的反应。     

TiO_2负载型Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z催化剂NH_3-SCR脱硝特性

采用浸渍共沉淀-微波热解法制备了不同TiO_2载体含量的负载型Fe0.8Mg0.2Oz/TiO_2催化剂,在石英固定床反应器考察TiO_2载体量对Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z催化剂脱硝性能的影响,并研究H_2O及SO_2氛围下Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z/TiO_2催化剂的脱硝性能.借助XRD、N2吸附-脱附、SEM、EDS等测试方法对催化剂理化特性进行表征.结果表明:Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z/TiO_2(10 g)催化剂在NH3-SCR反应中表现出良好的脱硝活性及抗SO2/H2O性能.其在300～400℃温度窗口内可保持90%以上的脱硝效率,最大脱硝效率可达100%,在体积分数为0.04%的SO2及10%的H2O存在的情况下仍能保持93%以上的的脱硝效率.Fe0.8Mg0.2Oz/TiO_2(10 g)催化剂具备大的比表面积、比孔容,为反应气体在其表面的吸附与活化提供丰富的表面活性位;合理的孔结构分布、良好的孔间连通性则利于传质的快速进行,表面丰富的晶格氧有效保证了催化剂的SCR脱硝性能.     

氧化高镍/凹凸棒石催化下的焦油CO_2重整特性研究

以氧化高镍为催化剂活性组分,微纳米级的化学提纯PG(凹凸棒石黏土)作为载体,采用配位均匀沉淀法制备Ni2O3/PG催化剂。用X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、场发射扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(TEM)等表征技术对催化剂进行相关的表征分析,并用二甲苯作为焦油模型化合物进行CO2催化重整,考察了不同Ni2O3负载量、不同反应温度对二甲苯CO2催化重整反应的影响。     

Ni-CeO_2/γ-Al_2O_3催化甲苯水蒸气重整的实验研究

以单质镍为活性组分、CeO2为助剂、γ-Al2O3为载体制备了Ni-CeO2/γ-Al2O3催化剂,以甲苯为生物质气化焦油模型化合物,在固定床反应器上进行催化水蒸气重整实验,考察了反应温度、水/碳摩尔比(S/C)和CeO2负载量对甲苯转化率、产气组成及积碳生成的影响。结果表明,Ni-CeO2/γ-Al2O3催化剂具有较好的催化活性和抗积碳能力;在反应温度为850℃,S/C为3时,使用Ni-CeO2(3%)/γ-Al2O3催化剂,甲苯转化率可以达到90.4%,经反应后的催化剂含碳量仅为0.42%。     

镍基催化剂对CO-超临界水制氢固碳反应的影响

利用水热法制备镍基催化剂Ni/ZrO2-CeO2-Al2O3,并采用X-射线衍射仪和X-射线荧光能谱仪对其组分进行表征.在高温高压反应釜中,同时添加镍基催化剂和固碳剂（硅灰石）的条件下进行CO-超临界水气转化（WGS）试验,分别考察温度、压力等因素对CO-超临界水气化反应的影响及探究制氢固碳的可行性.结果表明：添加催化剂Ni/ZrO2-CeO2-Al2O3能同时提高制氢效率和矿化效率,相同工况下添加催化剂时制氢效率最大可提高8%,矿化效率最大可提高8.2%;CO初压为4 MPa、温度为420℃时,添加1 g催化剂和10 g硅灰石,制氢效率可达到16.8%;CO初压为6 MPa、温度为400℃时,添加相同样品的工况下,CO2矿化效率达到38.1%;在存在催化剂Ni/ZrO2-CeO2-Al2O3的WGS反应中,CO初压对CO2矿化影响较大,而温度对制氢效率的影响较大.     

制备条件对蜂窝状V2O5-WO3/TiO2催化剂孔结构及活性的影响研究

采用挤出方法制备了蜂窝状V2O5-WO3/TiO2催化剂,分析了造孔剂、煅烧温度对催化剂孔结构及活性的影响,并研究了催化剂抗H2O和抗SO2中毒的性能.结果表明:造孔剂有利于改善催化剂的孔结构,采用0.5%的造孔剂制备的催化剂可以得到较为适宜的孔结构,并可增加孔径为1～5 nm的孔容,有利于提高催化剂的反应速率;煅烧温度对催化剂的比表面积和TiO2晶形有较大影响,并对成型催化剂的反应速率影响较大;在锐钛矿结构下,比表面积与一级速率常数成线性关系;煅烧温度在550℃时,催化剂比表面积最大,活性最高,在空速为4500h-1、温度为300～400℃时,NOx的转化率可达到98%以上;在烟气中含10%H2O、0.1%SO2的条件下,催化剂活性仍然较高,NOx转化率高达99%.