加压下甲烷空气部分氧化制合成气

采用固定床流动反应装置 ,研究了加压条件下镍基催化剂对甲烷空气部分氧化制合成气的催化性能 ,考察了镍负载量、助剂种类、反应温度、压力、CH4/O2 配比等因素对催化性能的影响。结果表明 ,Ni/α -Al2 O3-MgAl2 O4催化剂的镍负载量质量分数为 8%时 ,催化性能最佳 ,添加稀土助剂La2 O3的催化剂活性最好 ,且La2 O3的最佳添加量(质量分数 )为 2 %。 8%Ni-2 %La2 O3/α -Al2 O3-MgAl2 O4催化剂上的条件试验表明 ,在 70 0～ 90 0℃内 ,CH4转化率和CO选择性随温度升高而增加 ;随着压力的增加 (0 1～ 1 5MPa) ,CH4转化率和CO选择性下降 ;在甲烷空速为(0 8～ 2 0 )× 10 4h- 1 内 ,转化率和选择性基本不变。     

负载型金属催化剂上甲醇液相重整制氢研究

研究了Pt,Ru,Ni为活性金属的负载型催化剂上甲醇质量分数为5%的水溶液的液相重整反应。在合适的温度、体积空速下,Pt基催化剂表现出较好的反应性能,甲醇转化率可达99%,H2选择性达98%以上,产物中CO体积分数小于0.01%。Ni/Al2O3催化剂可使甲醇转化率最高达到98%以上,H2选择性随转化率升高而下降,但不低于80%。Ru/Al2O3催化剂上甲醇的转化率最高,可达到98%以上,但其H2选择性随着转化率的升高,从68%快速下降至20%,明显与Pt、Ni基催化剂上的反应机理不同。根据反应条件和产物组成变化,进一步探讨甲醇反应路径,当产物中H2与CH4选择性比值高于2/3时,反应路径以重整制氢为主;当比值低于2/3时,反应路径以甲烷化为主。     

负载型金属催化剂上甲醇液相重整制氢研究

研究了Pt,Ru,Ni为活性金属的负载型催化剂上甲醇质量分数为5%的水溶液的液相重整反应。在合适的温度、体积空速下，Pt基催化剂表现出较好的反应性能，甲醇转化率可达99%，H2选择性达98%以上，产物中CO体积分数小于0.01%。Ni/Al2O3催化剂可使甲醇转化率最高达到98%以上，H2选择性随转化率升高而下降，但不低于80%。Ru/Al2O3催化剂上甲醇的转化率最高，可达到98%以上，但其H2选择性随着转化率的升高，从68%快速下降至20%，明显与Pt、Ni基催化剂上的反应机理不同。根据反应条件和产物组成变化，进一步探讨甲醇反应路径，当产物中H2与CH4选择性比值高于2/3时，反应路径以重整制氢为主；当比值低于2/3时，反应路径以甲烷化为主。     

Co-Ni/γ-Al2O3催化剂上甲烷、二氧化碳共活化同时制取乙烯和合成气研究

采用微反-色谱法和TPR技术研究了负载型Co-Ni/γ-Al2O3系列催化剂对甲烷、二氧化碳共活化反应的催化活性,并对其表面还原性能进行了表征.另外还考察了催化剂上Co/Ni质量比、催化剂的活化程序对催化剂反应性能的影响.实验结果表明,催化剂经过800～850℃煅烧后,由于与载体发生了固相反应而生成了铝酸盐,使得C5N5和C7N3两个催化剂C2烃选择性和收率得到较大的提高,而催化剂C9N1上C2烃选择性和甲烷转化率都没有明显变化.     

基本有机化学工业

TQ204TQ426.8200506123以单分散硅溶胶为前体制备的Ni/SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气〔刊〕/李建中,吕功煊(中国科学院兰州化学物理研究所)∥石油化工.-2004,33(9).-808~812以自制的硅溶胶作为催化剂载体,通过与硝酸镍共沉淀制得催化剂。用空气作为氧源,研究了镍/硅溶胶催化剂对甲烷部分氧化制合成气的反应性能。结果表明,单分散硅溶胶是甲烷部分氧化制合成气反应催化剂理想的载体,合成的镍/硅溶胶催化剂具有较大的孔径和孔体系,对甲烷部分氧化反应具有优异的催化性能。反应温度为800℃时,甲烷转化率可达95.6%,H2和CO的选择性分别在…     

载体制备方法对Ni/ZrO_2催化剂甲烷自热重整制合成气性能的影响

采用不同方法制备了ZrO2载体并进一步制备了用于甲烷自热重整制合成气反应的Ni/ZrO2催化剂,通过XRD、N2吸附和TEM等方法研究了ZrO2载体的结构对Ni/ZrO2催化剂的结构及催化性能的影响。实验结果表明,引入超声技术和增加置换醇凝胶步骤可显著改善ZrO2载体的结构特征,进而获得性能优异的Ni/ZrO2催化剂;金属Ni粒子结构稳定且尺寸较小有利于甲烷自热重整反应的进行。同时引入超声技术和增加置换醇凝胶步骤制备的Ni/ZrO2催化剂的性能最佳,在反应温度800℃、反应压力0.1 MPa、甲烷空速18 000 m L/(g·h)、n(CH4)∶n(O2)∶n(H2O)=1∶0.25∶1、反应时间5 h的条件下,甲烷和水的转化率、CO和H2的选择性分别达96.5%,63.8%,81.7%,100.0%,此时产物中H2/CO摩尔比为3.3。     

甲烷部分氧化制合成气膜反应实验研究

采用钙钛矿型管式致密透氧膜反应器 ,在Ni/Al2 O3催化剂上进行了甲烷部分氧化制合成气的实验研究 ,考察了反应操作参数 (甲烷进料浓度和反应温度 )对反应结果的影响。结果表明在 82 5～ 885℃反应温度范围内 ,当甲烷进料浓度较低 ( <6% )时 ,甲烷的转化率和CO的选择性分别大于 96%和 97% ,n(H2 ) /n(CO)的比例接近 2。     

甲烷水蒸气重整和部分氧化反应制合成气

研究了Ni担载量大小，CeO₂、La₂O₃ 和ZrO₂助剂及反应条件对Ni/γ-Al₂O₃作为催化剂的甲烷水蒸气重整和部分氧化制合成气反应的影响。实验表明：在反应温度为850 ℃，甲烷空速为1.2×10⁴mL/g·h，V（CH₄）∶V（O₂）∶V（水蒸气）=2∶1∶1时，催化剂Ni含量在9％时反应性能最佳，甲烷的转化率和CO的选择性分别为97％和94％，反应3小时后有积炭存在。向Ni/γ-Al₂O₃催化剂中添加CeO₂、La₂O₃、ZrO₂助剂后发现，添加6％CeO₂对改善催化剂的活性和抗积炭能力有显著的效果，CH₄的转化率和CO的选择性分别提高到98.2％和96.4％，而且反应3小时后催化剂活性没有降低。XRD测试结果表明，添加CeO₂后的催化剂生成了NiAl₂O₄尖晶石，这有助于催化剂的抗积炭性能。     

以单分散硅溶胶为前体制备的Ni/SiO_2催化剂上甲烷部分氧化制合成气

采用空气作为氧源,研究了以单分散硅溶胶为前体用共沉淀法合成的Ni／SiO2催化剂对甲烷部分氧化制合成气的反应性能。微型固定床反应装置评价结果表明,Ni质量分数为3.76％的催化剂上甲烷部分氧化性能最佳,在800℃、V(CH4)／V(O2)=2时,甲烷转化率可以达到95.6％,H2和CO的选择性分别在99％和96％以上。当反应温度为750-800℃时,V(H2)／V(CO)可保持在2.10-2.00之间。运用TEM方法表征了硅溶胶的粒径分布,并利用BET、TPR和XRD等方法对催化剂的结构特性进行了表征。     

ZrO_2改性Co/活性炭催化剂对浆态床Fischer-Tropsch合成反应的催化性能

考察了ZrO2改性Co/活性炭(Zr-Co/AC)催化剂在浆态床反应器中的Fischer-Tropsch合成反应性能及反应条件对催化剂活性和选择性的影响。实验结果表明,适量添加ZrO2助剂可明显提高Co/AC催化剂对Fischer-Tropsch合成反应的催化活性,降低甲烷的选择性并提高C5+烃的选择性。当Zr-Co/AC催化剂(Co质量分数为15%)中Zr的质量分数由0增加到6%时,CO的转化率从36.4%增加到67.9%,甲烷选择性从15.4%降低到10.1%,而C5+烃的选择性从71.4%增加到79.3%。当Zr-Co/AC催化剂中Co质量分数为15%、Zr质量分数为2%时,适宜的反应条件为:温度493～503K、压力2.5～3.5MPa、气态空速500～2000h-1、催化剂在浆态液中的体积分数为2.50%。在此条件下催化剂的活性和C5+烃的选择性较高。     

Ni/白云石催化剂CO_2吸收及甲烷化性能研究

针对甲烷化耦合焦油重整工艺的要求,设计并制备了铝酸钙水泥混合的白云石复合物负载Ni催化剂,在热重分析仪上测试了该催化剂的CO_2吸收量和循环稳定性,在固定床反应器中考察了不同温度和Ni负载量下催化剂的甲烷化反应性能,并采用XRD、低温氮吸附等表征手段分析了催化剂的结构特性。结果表明,Ni负载量为8%的Ni/白云石催化剂具有良好的CO_2吸收循环稳定性;在甲烷化反应温度为500°C,其CO_2转化率和CH4选择性分别为66.7%和85.9%;铝酸钙水泥的引入使得催化剂具有良好的CO_2吸收循环稳定性;白云石中的MgO与活性组分Ni以较稳定的NiO-MgO固溶体形式存在,有助于Ni在反应过程中保持分散性。     

Ni/CeO2/SiO2催化剂上甲烷催化裂解制氢的研究

采用分步浸渍法制备了不同Ni和CeO2含量的Ni/CeO2/SiO2催化剂,考察了催化剂中CeO2的含量与甲烷裂解制氢反应性能的关系,并对催化剂的结构进行了表征.催化活性评价结果表明,CeO2质量分数大于5%后能显著提高甲烷的转化率和催化剂的稳定性.XRD结果表明,CeO2对活性组分Ni具有很好的分散作用.     

反应条件对CO甲烷化反应平衡及催化剂性能的影响

通过对CO甲烷化反应体系热力学计算,考察了反应条件和原料组成对平衡组成、平衡转化率以及CH_4选择性和积炭的影响。计算结果表明,反应温度、压力、氢碳比和汽气比对CO平衡转化率、CH_4选择性和积炭有明显影响,其中,低温、高压和高氢碳比有利于提高CO转化率和CH_4选择性,而升高压力、增加氢碳比以及向原料气中加入水蒸气均能有效地减少积炭。另外,用Ni/MgO-Al_2O_3催化剂考察了反应条件和原料气组成对CO转化率、CH_4选择性以及积炭的影响,实验结果,反应温度、压力、氢碳比和汽气比对催化剂的CO转化率、甲烷选择性以及积炭的影响明显,并与热力学平衡计算的结果基本一致。     

钙钛矿型LaFeO3-λ催化剂焙烧条件对甲烷部分氧化性能的影响

用自燃烧法制备了钙钛矿型LaFeO3-λ系列催化剂,考察了焙烧温度对催化剂结构和甲烷部分氧化反应性能的影响.实验结果表明,催化剂为单一的钙钛矿晶相,随着焙烧温度的升高,结晶越好.焙烧温度对部分氧化的选择性影响不大,甲烷可在LaFeO3-λ上高选择性地生成合成气(～98%),当焙烧温度超过900℃时,甲烷在LaFeO3催化剂上的转化率逐渐降低.     

复合载体镍基催化剂的一氧化碳甲烷化反应研究

本文分别以沉淀法和共沉淀法制备三氧化二铝载体及不同铝钛比的复合载体;用浸渍法负载活性组分镍,再通过一氧化碳甲烷化反应考察其催化性能。结果表明,Ni的最佳担载量是15％（w）,高TiO2含量复合载体制备的催化剂的活性和选择性最佳,其中催化剂15％Ni／60％Al2O3-40％TiO2的CO转化率在90％以上,CH4选择性达到100％。在320℃～440℃范围内,催化剂活性随温度升高而提高。在空速为5000h^-1～15000h^-1范围内,随着空速的增大催化剂活性降低。     

甲烷部分氧化反应Ni-CeO_2模压催化剂的研究

采用机械混合法和溶液浸渍法两种不同方式向Ni金属催化剂中添加CeO2助剂,制备了甲烷部分氧化制合成气反应用Ni-CeO2催化剂。以SEM、XRD和TPR等方法对催化剂进行了表征,并采用常压微型反应器对催化剂活性进行了评价。结果表明,与用机械混合法制备的催化剂相比,用溶液浸渍法制备的Ni-CeO2催化剂中CeO2晶粒更细小、分散更均匀,催化剂具有均匀的网状结构,其催化甲烷部分氧化性能也较佳。与不加助剂的纯Ni基模压催化剂相比,用溶液浸渍法制备的Ni-CeO2催化剂的氧化还原性发生了变化,其TPR耗氢峰向低温方向移动,将w(CeO2)=10%的Ni-CeO2催化剂用于甲烷部分氧化反应时,得到了较高的甲烷转化率及氢气和一氧化碳选择性。     

核壳结构C@Ni甲烷化催化剂的制备及性能研究

采用水热法合成了中空聚合物纳米球,通过浸渍法制备了C@Ni甲烷化核壳催化剂,考查了浸渍液浓度对其甲烷化性能及其稳定性的影响。结果表明,浸渍液浓度为4.8mol/L时制备的C@Ni-4.8催化剂呈现出最优性能,在常压,250℃,质量空速7500mL/(g·h)的反应条件下,转化率就可达到98.8%,CH4选择性为80.15%。在800℃稳定评价12h后,Ni4.8催化剂仍具有很高的活性即250℃时CO转化率为95.5%,CH_4选择性为74.15%,核壳结构有效地阻止了活性组分Ni颗粒的烧结。     

微燃烧法制备Ni/SiO_2催化剂及燃料比例对催化剂结构和CO甲烷化性能的影响

采用介质阻挡放电等离子体(DBD)引发的微燃烧法制备了一系列Ni/SiO_2催化剂,研究了燃料加入量对催化剂结构性能的影响,采用N_2吸附-脱附、XRD、H_2-TPR、H_2-TPD和TEM对催化剂进行了表征,利用CO甲烷化反应对催化剂性能进行了测试。结果表明,随着燃料比例的增加,Ni/SiO_2催化剂的催化活性和稳定性先升高后降低。当还原剂和氧化剂化合价之比为1.25时催化剂效果最好,在360℃,进料H_2/CO体积比为3、空速60000mL/(g_(cat)h)时,CO转化率达到97.7%,甲烷收率达到71.5%。高温稳定性考察反应6h,催化剂表现出良好的抗烧结性能。     

甲烷水蒸气重整的Ni基整体式催化剂的制备和表征

以堇青石为基体制备了不同MgO改性的Ni基整体式催化剂,并对催化剂的结构和甲烷水蒸气催化重整反应性能进行了测试。XRD和H2-TPR结果表明,添加MgO不仅促进了催化剂上的NiO分散性能,而且增强了NiO与载体之间的相互作用。XPS结果表明,过量MgO的添加明显地降低了催化剂表面的Ni原子浓度,这是高MgO含量催化剂活性下降的主要原因。10%Ni/5%MgO/Si-Al/D催化剂具有较好的甲烷水蒸气催化重整催化性能,在反应温度800℃,空速27000mL/(g·h),V(H2O)/V(CH4)为2时,甲烷转化率为98.3%,CO的选择性为78.6%,n(H2)/n(CO)为3.6。     

甲烷氧化制合成气300m~3/d规模扩试

在自制催化剂上进行了甲烷氧化制合成气工艺 30 0m3 /d规模的扩大实验。实验表明在原料气中加入少量水蒸气抑制了反应初期表面Ni晶粒的烧结 ,尤其是抑制了床层上部催化剂Ni晶粒的烧结 ,提高催化剂活性 ,甲烷转化率、CO和H2 选择性分别可达到 94%～ 96 %、90 %～ 92 %、94%～ 99% ;在V(CH4 ) /V(O2 ) /V(H2 O) =1 90 / 1/ 0 2 2、干气空速 1 3× 10 5/h、310m3 /d规模 2 0 0h寿命实验中 ,甲烷转化率和CO选择性均大于 90 % ,而H2 选择性高达 99%以上 ,催化剂显示了较好的活性和稳定性 ;实验也表明在高密度放热状态下 ,甲烷催化部分氧化制合成气工艺具备可操作性和工业化潜力 ,但工艺参数的优化有赖于工程模型的建立 ,需要进一步的扩大实验。