橄榄石对甲苯催化重整反应的影响

在固定床反应器上,以甲苯为生物质气化焦油的模型化合物,对橄榄石以及其负载镍催化剂对甲苯裂解反应和甲苯/水蒸气重整反应的催化性能进行了研究,并对催化剂进行了SEM、BET、XRD、H₂-TPR等表征。结果表明,煅烧使原矿的物化特性发生改变,橄榄石对甲苯裂解反应和重整反应有一定的催化活性。而Ni的引入,使催化剂对甲苯裂解反应的活性有所降低,甲苯的转化率降低2.2%~9.8%;但催化剂对甲苯/水蒸气重整反应的活性升高,甲苯的转化率可高达97.0%,并且载镍橄榄石催化剂对甲苯/水蒸气重整反应有较强的稳定性。     

不同矿源橄榄石对催化苯水蒸气重整的影响

在固定床反应器中,以苯为生物质气化焦油模型化合物,测试了于900℃煅烧的4种不同矿源镁橄榄石(Mg,Fe)2SiO4及其负载镍催化剂的水蒸气重整活性,并对煅烧橄榄石进行了N2吸附、X射线衍射、程序升温还原和扫描电镜等测试.结果表明,不同矿源橄榄石的组成和表面性质不同,从而导致相应催化剂的性能差别较大.在具有较高可还原氧化铁含量和比表面积的橄榄石上,苯气相碳转化率最高.Ni的引入大大提高了苯转化率和产气中CO选择性,而降低了CH4和C2H4选择性.4种橄榄石负载镍催化剂的活性存在明显的差异,可能是因为活性组分在橄榄石载体表面的分散度不同.对反应后的积炭催化剂进行了热重分析.     

载镧白云石催化剂对松木催化气化性能的研究

为增强白云石的催化效果,以La(NO_3)_3为助剂,采用浸渍法对白云石进行改性研制La/Dol催化剂,通过BET、SEM、XRD对其进行了表征。以松木燃料棒为生物质原料,La/Dol为重整催化剂,采用自制的两段式生物质气化重整试验炉对比分析了不同气化温度、不同载La量催化剂对松木屑催化气化结果的影响。结果表明,少量的La(2%)可明显促进水煤气反应的正向进行,改善催化重整效果。2-La/Dol在催化剂蒸汽流量为10 g/min,重整温度为750℃的工况下,随着气化温度的升高,产H_2量显著增加,H2体积分数的最高值从28.51%(0-La/Dol)增加到41.72%(2-La/Dol)。催化剂内的La_2O_3促进了焦油的二次裂解,使得液相产物焦油含量明显减少,官能团数目减少,分布在白云石表面的La_2O_3占据了活性位点,使得碳丝不宜集聚,抑制了积炭的生成,同时存在于催化剂中的碳酸盐(La_2O_2CO_3)亦与表面的积炭发生反应,减缓催化剂积炭问题,提高了催化剂活性和使用寿命。     

等离子体催化甲烷干重整实验研究

本文利用等离子体耦合催化剂的方式进行CH_4干重整(Dry Reforming of Methane,DRM),重点考察了反应温度、CO_2/CH_4物质的量比、合成气主要气体组分浓度(N_2、H_2、CO、H_2O)对CH_4转化率及等离子体催化能量效率的影响。结果表明,以La-Ni/γ-Al_2O_3为催化剂,当反应温度450℃,CO_2/CH_4物质的量比为1.0时,CH_4转化率为41.57%;提高CO_2/CH_4物质的量比可提高CH_4转化率,当CO_2/CH_4物质的量比为5.0时,等离子体催化CH_4干重整过程的CH_4转化率可达92.82%。温度和CO_2/CH_4物质的量比对CH_4转化率影响显著,气体组分的变化改变了体系中的激发态粒子,不仅直接影响到CH_4转化率,还影响着催化剂表面积炭。向反应体系中添加N_2、H_2O可提高CH4转化率,并抑制积炭;而添加H_2、CO后CH_4转化率显著降低。研究结果可望为生物质气化合成化工品的工艺开发提供基础数据和参考依据。     

反应条件对Ni-CaO-ZrO2催化剂上CH4-CO2重整反应及积炭的影响

用共沉淀法制备了Ni-CaO-ZrO₂催化剂,并将其用于CH₄-CO₂重整反应。考察了反应温度、空速和反应物配比对催化剂性能和积炭的影响。通过热力学计算和实验表征研究发现,反应条件对CH₄-CO₂重整反应结果和积炭有重要的影响。由于高温条件同时有利于CH₄裂解和碳物种的及时消除,升高温度可以提高催化剂的活性和稳定性。增大空速则使CH₄的转化率和消碳反应的速率均降低,导致积炭量增加。同时,反应物配比对催化剂表面的积炭量也有很大影响;稍高的CO₂/CH₄摩尔比有利于抑制CH₄-CO₂重整反应过程中的积炭。     

Cu/Ni负载型Beta分子筛催化剂的乙醇水蒸气重整制氢催化性能研究

采用等体积浸渍的方式,在全硅Beta分子筛载体上担载Cu、Ni活性组分,制备出一系列xCuyNi-ABZ多功能乙醇水蒸气重整制氢催化剂。通过XRD、TEM、SEM-EDX以及XPS等多种表征手段,研究催化剂的结构特性、活性组分含量等因素对催化性能的影响,依据反应产物分布,揭示其作用机理。结果表明,以Beta分子筛为载体可促使活性组分以纳米颗粒的形式高度分散于载体表面,并且存在较强的载体-金属作用力。与传统SiO_2为载体催化剂相比,2.5Cu2.5Ni-ABZ催化剂具备良好的乙醇水蒸气重整催化性能,当反应温度为450℃,实现100%的乙醇转化率和67.23%的H_2选择性,且副产物CO(4.14%)、CH_4(5.65%)含量相对较低。这可归因于Cu和Ni活性组分间的高效协同作用,Cu具有良好的乙醇脱氢性能,生成反应中间体乙醛;在反应过程中,乙醛的重整和分解是两个受温度影响的竞争反应,Ni组分利用其较强的C-C键断裂能力,随温度的升高,乙醛重整反应占主导作用,生成目标产物H_2。通过对反应后样品分析表明,2.5Cu2.5Ni-ABZ催化剂具备良好的抗烧结和抗积炭催化性能。     

基于改性Ni/γ-Al_2O_3催化剂的电催化甲烷水蒸气重整的研究

提出了电催化作用下甲烷水蒸气催化重整的新工艺。基于工业常规Ni基催化剂,采用等体积浸渍法,以Ni为活性组分,γ-Al_2O_3为载体,MgO、CaO为助剂,制备了Ni/γ-Al_2O_3、Ni-MgO/γ-Al_2O_3和Ni-CaO/γ-Al_2O_3催化剂,考察了电流强度、重整温度、水蒸气与甲烷的物质的量比(水碳比,S/C)对不同催化剂的CH_4转化率、H_2产率、CO选择性和催化剂稳定性的影响。结果表明,电催化工艺有着良好的普适性,电流的引入能够提升CH_4转化率、增加H_2产率,尤其在低温下电流的促进作用显著。在三种催化剂中,Ni-CaO/γ-Al_2O_3催化效果最佳,在电流为4.5 A、S/C为3、重整温度为700℃时,CH_4转化率就高达95%以上。稳定性测试表明,电流的通入还能显著提高催化剂的稳定性,延缓催化剂的积炭失活。通过对催化剂的分析表征,发现电流的通入提升了催化剂中NiO的还原程度,同时抑制了反应过程中NiC_x向石墨炭的转化,从而可延缓催化剂因积炭覆盖反应活性位点而造成的失活。     

生物质焦油组分甲苯在镍/凹凸棒石上的二氧化碳催化重整

 以大比表面积的天然纳米矿物材料凹凸棒石 (PG) 为载体, 采用等体积浸渍法制备了 Ni/PG 催化剂. 运用 X 射线衍射、透射电镜和 CO₂ 程序升温脱附对 Ni/PG 催化剂进行了表征, 并用于以甲苯为生物质焦油模型化合物的 CO₂ 催化重整反应. 考察了反应温度、CO₂ 浓度以及催化剂中 Ni 负载量对甲苯与 CO₂ 重整性能的影响. 结果表明, 吸附在催化剂表面的 CO₂ 存在三个脱附峰, 其中高温脱附 CO₂ 与反应密切相关; 随着 CO₂ 浓度、Ni 负载量和反应温度的增加, 甲苯转化率和 H₂ 产率升高. 在 800 ^oC, CO₂/PhCH₃ 摩尔比为 0.2~0.26 时, 甲苯转化率达最高; 而在 CO₂/PhCH₃ 摩尔比为 0.2 时, H₂ 产率最高. 催化剂上积炭量随 CO₂ 浓度的增加和反应温度的升高而显著降低.     

微波辐照下泡沫陶瓷担载镍催化剂上CH4/CO2重整制合成气反应

制备了吸波性良好的泡沫陶瓷担载镍的甲烷／二氧化碳重整催化剂,并考察了催化剂在微波场中的升温行为;研究了微波加热与常规加热对甲烷／二氧化碳重整制合成反应的影响,发现微波辐照下能有效地消除反应积炭;同时,在达到相同转化率和选择性时,微波加热方式下催化剂床层的温度远低于常规加热方式下催化床床层的温度;在微波加热方式下,８００℃反应时产物中Ｈ２／ＣＯ体积比接近于１。     

生物质焦油模型化合物催化转化实验研究

以苯和甲苯为焦油的模型化合物,在固定床反应器上研究了堇青石和白云石两种催化剂作用下,温度、蒸汽量和空速对焦油催化转化的影响。结果表明,苯和甲苯的转化率都随温度的提高和空速的降低而升高。在堇青石和白云石催化作用下,甲苯在裂解温度900℃,S/C摩尔比为1.5时转化率最高,转化率均达到95%。苯在裂解温度900℃,S/C摩尔比为1.0时转化率最高,转化率分别为61%和53%。蒸汽量的增大有助于裂解气体成分的调整。堇青石稳定性实验表明,积炭是造成催化剂活性降低的重要原因。     

基于程序升温氢化表征的Ni-Al2O3催化剂上CO2-CH4重整反应积炭研究

采用水热沉积法制备Ni-Al₂O₃催化剂,用于CO₂-CH₄重整反应;基于程序升温氢化（TPH）表征,研究了反应时间、温度、原料气CO₂/CH₄比例和空速等因素对CO₂-CH₄重整反应过程中Ni-Al₂O₃催化剂上表面积炭行为的影响。结果表明,表面积炭是导致催化剂重整反应失活的重要原因。随反应时间的延长,催化剂表面积炭量增多,虽未成比例增加,但其TPH峰温有向高温方向移动的趋势,表明所积之炭的石墨化程度增加。反应温度和空速对催化剂表面积炭也有一定影响,且空速的影响更大。另外,由于CO₂消炭反应（CO₂+C=2CO）的存在,CO₂/CH₄比例对表面积炭的影响也很大。CO₂/CH₄比例太低,不能明显抑制积炭;随着CO₂/CH₄比例增加,积炭将得到有效抑制,但CO₂/CH₄比例过高,CO₂在产物中的分离和回收再利用将使成本增加。     

焙烧温度对Ni-Mg基蜂窝状催化剂生物燃气重整调变性能的影响

采用浸渍法制备了Ni、Mg双金属负载在堇青石表面形成的蜂窝状催化剂,研究了焙烧温度对催化剂结构和生物质粗燃气重整反应性能的影响.结果表明,在不同焙烧温度下主要有NiO和NiMgO₂固溶体物相生成.相比于其他焙烧温度,催化剂在650 ℃焙烧温度下更有利于镍活性金属位的分散和活性位数量的增加.在干重整反应条件下,CH₄、CO₂的转化率以及H₂、CO产率随焙烧温度的升高呈现先增加后降低的变化趋势,在650 ℃焙烧温度下达到最高.在水蒸气重整反应条件下主要发生烃类产物与H₂O和CO₂的重整反应以及水煤气变换反应,焙烧温度的升高有利于水煤气反应的进行.此外,焙烧温度对于干重整反应条件下的H₂/CO体积比调节影响较小,而对于水蒸气重整反应条件下的H₂/CO体积比可进行选择性调节.     

甲烷自热重整制氢的热力学和动力学分析

对甲烷自热重整进行了系统的热力学分析,并采用预混合层流模型结合甲烷氧化、蒸汽重整、干重整机理对反应过程进行了动力学分析。结果表明,甲烷自热重整的平衡产物及其浓度主要受温度、O₂/CH₄、H₂O/CH₄的影响;压力影响不是十分明显,主要影响达到平衡的速度。在715℃~730℃、压力0.7MPa~1.0MPa,控制O₂/CH₄在0.60~0.70、H₂O/CH₄在3.15~3.25,可以得到H₂>68%、CO<10%的产物气,积炭率接近于0。动力学分析表明,自热重整过程分为两个主要阶段进行,在起始阶段主要发生甲烷氧化反应,产物主要为H₂O和CO₂;第二阶段以甲烷蒸汽重整反应为主,伴随水气变换反应（WGS）和微弱的干重整,H_2、CO和CO₂为主要产物。调节初始水浓度可以控制快速氧化阶段反应速率,避免“热点”出现,抑制CO的生成。     

理论空燃比天然气汽车尾气中H2O和O2对CH4与NO反应的影响

共沉淀法制备CeZrYLa+LaAl 复合氧化物载体, 等体积浸渍法制备了Pt 催化剂, 用于研究理论空燃比天然气汽车(NGVs)尾气净化反应中CH₄与NO的反应规律. 并考察了10% (体积分数, φ)H₂O和计量比O₂对CO₂存在时的CH₄+NO反应的影响. 结果表明: 对于不同条件下的NO+CH₄反应, 主要生成N₂和CO₂, 高温区有CO生成. 低温区无O₂时可以生成N₂O, 有O₂时可以生成NO₂; 添加10% (φ)的H₂O后, CH₄ 转化活性降低, NO转化活性基本不变, 这是由于H₂O减弱了CH₄与CO₂的重整反应, 但是对CH₄与NO的反应基本没有影响; 添加计量比的O₂后, CH₄转化活性提高, 而NO转化活性降低, 这是由于O₂和NO之间存在竞争吸附, CH₄被O₂氧化为主要反应, 从而减弱了NO的转化; 同时添加计量比的O₂和10% (φ) H₂O, CH₄与CO₂的重整反应受到抑制,CH₄与NO的反应、甲烷蒸汽重整反应和甲烷被O₂氧化反应同时发生, CH₄和NO的转化活性均提高.     

羟基磷灰石负载Ni催化剂中Ni含量对催化甲烷二氧化碳重整制合成气性能的影响

以低温沉淀方法制备的羟基磷灰石(HAp)为载体,采用浸渍法制备了一系列不同Ni含量的Ni/HAp催化剂,并采用BET、H2-TPR、XRD、SEM、FT-IR、TEM和TG-DTA技术对催化剂进行了表征。结果表明,NiO含量为13%的催化剂表现出最好的催化甲烷二氧化碳重整制合成气活性,在850℃、空速3.6×104mL/(h·gcat)的反应条件下,甲烷和二氧化碳的转化率在10 h内分别稳定在72%和83%。这主要归因于催化剂中金属和载体之间的强相互作用。虽然反应后的催化剂表面有少量的积炭,但这些积炭多以丝状炭存在,并不会影响催化剂的活性和稳定性。     

Mg-Ni/BaTiO_3催化剂上CH_4/CO_2重整反应研究

采用等体积浸渍法制备了MgO改性的一系列Mg-Ni/BaTiO3催化剂,并在固定床反应装置上考察了这些催化剂对CO2重整CH4反应的催化活性。结果表明,MgO质量负载为5%的Mg-Ni/BaTiO3催化剂活性最好。考察了不同浸渍顺序对催化剂性能的影响,结果表明,先浸镁盐后浸镍盐制得的催化剂催化性能更为理想。XRD、TPR和TPD表征发现,与催化剂Ni/BaTiO3相比,MgO的添加有利于提高催化剂的催化活性和抗积炭性能,对催化剂起到了良好的改性作用。     

介质阻挡放电等离子制备5Ni-5La/SiO2催化剂及其甲烷干重整反应催化性能

利用介质阻挡放电等离子体法制备了5Ni-5La/SiO₂催化剂,并用于甲烷干重整反应.在常压, 700℃,空速为4.8×104 mL·g^-1·h^-1时,等离子体法所制催化剂催化甲烷干重整反应的CH₄和CO₂的转化率分别为81.2%和88.4%,且在30 h内保持稳定;而传统催化剂的CH₄和CO₂初始转化率分别为81%和88.4%, 30 h后下降到58.8%和68.6%.研究结果表明,介质阻挡放电等离子体法制备的催化剂具有更高的分散性和更强的金属与La₂O₃的相互作用.等离子体处理增加了Ni周围的电子密度,增强了CO₂在催化剂表面的吸附能力和活化能力,促进了HCOO^-中间体的生成,有利于反应正向进行.     

CO2预处理操作条件对Ni-Co双金属催化剂性能与结构的影响

The performance of the Ni-Co bimetallic catalyst was significantly improved by a novel H₂ and CO₂ (HCD) pretreatment in the dry reforming of methane compared with traditional H₂ pretreatment. The effects of the HCD pretreatment operating conditions, such as pretreatment time, temperature, gas feeding ratio, and gas flow rate, on the catalytic performance of Ni-Co bimetallic catalyst were investigated. The optimal pretreatment time, temperature, gas feeding ratio (CH₄/CO₂), and gas flow rate were 0.5-1 h, 780-800 ℃, 0:10, and 175-200 mL·min^-1, respectively. Biogas was simulated with CH₄ and CO₂ in a volume ratio of 1 and without any other diluted gas. The catalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and thermogravimetry (TG) coupled to differential scanning calorimetry (DSC). In a 511 h stability test under the optimized operating conditions, the catalyst pretreated with both H₂ and CO₂ exhibited excellent stability. The average conversions of CH₄ and CO₂, selectivities for H₂ and CO, and volume ratio of H₂/CO were 96%, 97%, 98%, 99%, and 0.98, respectively. The average carbon deposition rate over the Ni-Co bimetallic catalyst was only about 0.2 mg·g^-1·h^-1. The characterization results revealed that the sintering speed of the metal greatly decreased with testing time, and the metal particle will not greatly sinter with further testing time. The amount of deposited carbon on the catalyst gradually decreased and growth of filamentous carbon over the surface of the catalyst could be inhibited. The performance of the Ni-Co bimetallic catalyst was significantly improved by a novel H₂ and CO₂ (HCD) pretreatment in the dry reforming of methane compared with traditional H₂ pretreatment. The effects of the HCD pretreatment operating conditions, such as pretreatment time, temperature, gas feeding ratio, and gas flow rate, on the catalytic performance of Ni-Co bimetallic catalyst were investigated. The optimal pretreatment time, temperature, gas feeding ratio (CH₄/CO₂), and gas flow rate were 0.5-1 h, 780-800 ℃, 0:10, and 175-200 mL·min^-1, respectively. Biogas was simulated with CH₄ and CO₂ in a volume ratio of 1 and without any other diluted gas. The catalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and thermogravimetry (TG) coupled to differential scanning calorimetry (DSC). In a 511 h stability test under the optimized operating conditions, the catalyst pretreated with both H₂ and CO₂ exhibited excellent stability. The average conversions of CH₄ and CO₂, selectivities for H₂ and CO, and volume ratio of H₂/CO were 96%, 97%, 98%, 99%, and 0.98, respectively. The average carbon deposition rate over the Ni-Co bimetallic catalyst was only about 0.2 mg·g^-1·h^-1. The characterization results revealed that the sintering speed of the metal greatly decreased with testing time, and the metal particle will not greatly sinter with further testing time. The amount of deposited carbon on the catalyst gradually decreased and growth of filamentous carbon over the surface of the catalyst could be inhibited. Thereby, great catalytic activity and stability could be obtained during the dry reforming of methane reaction.     

CaO对Cu-ZnO-ZrO_2催化CO_2加H_2合成甲醇性能影响

用CaO作为改性助剂,采用并流共沉淀法制备了CuO∶ZnO∶ZrO_2为5∶4∶1(物质的量比),CaO添加量为0、1%、2%、4%、8%、16%(摩尔分数)的六组催化剂。用X射线衍射(XRD)、微商热重(TG-DTG)、傅里叶红外(FT-IR)、N2吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)对催化剂进行了表征。用自制固定床评价了催化剂活性。结果表明,添加CaO后,催化剂路易斯酸性和表面碱性增强;催化剂母体中高温碳酸盐含量增加,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,Cu-Zn协同作用增强,Cu比表面积增大,分散性变好。催化剂活性受到表面酸碱性、铜比表面积、Cu-Zn协同作用和铜分散性共同影响。当CaO为2%时,铜比表面积为79.3 m2/g、铜分散度为34.8%、CO_2转化率为24.55%、甲醇选择性为19.01%、甲醇收率为0.044 g/(gcat·h),催化剂活性最好。过量CaO占据催化剂孔道和覆盖表面活性位,使催化剂路易斯酸性和表面碱性过强,CuO与H_2有效接触减少,CO_2难以脱附,催化活性下降。因此,适量CaO(2%)添加可促进CO_2加氢反应合成甲醇。