甲烷部分氧化制合成气Ni/MgO和Ni-MgO/MgO催化剂的研究

甲烷氧化偶联制乙烷、乙烯以及甲烷选择氧化制甲醇、甲醛等反应 ,因其转化率和收率低 ,故短期内无法实现工业化 .目前 ,工业上应用甲烷蒸汽转化制合成气 ,进而合成氨等化工产品 .甲烷蒸汽转化制的合成气 ,其 H2 /CO≥ 3,不适用于甲醇合成和 F- T合成 .而甲烷部分氧化制的合成气 ,其H2 /CO≤ 2 ,因而最适合用于甲醇合成和 F- T合成 ,故近 1 0年来倍受科学家的关注[1 ,2 ] .在 CH4部分氧化制合成气中 ,钌、铑、钯、铂等贵金属催化剂的活性高、选择性好、稳定性好[1 ] ,但价格昂贵 (负载量以 1 2 %～ 4 0 %为佳 ) ,因而难以实现商品化 .N…     

Effect of MgO promoter on Ni-based SBA-15 catalysts for combined steam and carbon dioxide reforming of methane

A series of Ni/SBA-15 catalysts with Ni contents ranging from 5 wt% to 15 wt%, as well as another series of 10%Ni/MgO/SBA-15 catalysts, in which the range of the MgO content was from 1 wt% to 7 wt%, were prepared, and their catalytic performances for the reaction of combined steam and carbon dioxide reforming of methane were investigated in a continuous flow microreactor. The structures of the catalysts were characterized using the XRD, H2-TPR and CO2-TPD techniques. The results indicated that the CO selectivity for this reaction was very close to 100%, and the H2/CO ratio of the product gas could be controlled by changing the H2O/CO2 molar ratio of the feed gas. The simultaneous and plentiful existing of steam and CO2 had a significant influence on the catalytic performance of the 10%Ni/SBA-15 catalyst without modification. After reacting at 850 °C for 120 h over this catalyst, the CH4 conversion dropped from 98% to 85%, and the CO2 conversion decreased from 86% to 53%. However, the 10%Ni/3%MgO/SBA-15 catalyst exhibited a much better catalytic performance, and after reacting for 620 h, the CO2 conversion over this catalyst dropped from 92% to around 77%, while the CH4 conversion was not decreased. Oxidation of the Ni0 species as well as carbon deposition during the reaction were the main reasons for the deactivation of the catalyst without modification. On the other hand, modification by the MgO promoter improved the dispersion of the Ni0 species, and enhanced the CO2 adsorption affinity which in turn depressed the occurring of carbon deposition, and thus retarded the deactivation process.     

镁铝混合氧化物负载镍催化剂的制备及在液化石油气低温重整反应中的催化性能

采用共沉淀-浸渍法制备了不同Ni 含量的 Ni/Mg(Al)O 催化剂并用于液化石油气(LPG)的低温水蒸气重整反应. X 射线衍射和程序升温还原结果表明, 在 800 ℃焙烧的 Ni/Mg(Al)O 催化剂中, NiO 与 MgO 反应生成 Mg-Ni-O 固溶体, 还原后形成金属 Ni 纳米颗粒. 详细研究了 Ni 含量(质量分数)、反应温度和水/碳摩尔比(n_H2O/n_C) 等对催化剂性能的影响. 实验结果表明, 15%Ni/Mg(Al)O 催化剂对 LPG 低温重整反应具有最佳的催化性能. 提高反应温度能显著提高 Ni/Mg(Al)O 催化剂的催化性能. 当n_H2O/n_C=2时, 在400~500 ℃的温度范围使LPG完全转化的最大反应空速从 28900 mL·h^-1·g^-1Cat提高到 86800 mL·h^-1·g^-1Cat. 适当增大水/碳摩尔比有利于 LPG 转化为小分子气体, 但在 LPG 摩尔流量不变的情况下, 反应气中水含量过高会导致 LPG 转化率降低. 反应后催化剂的X射线衍射谱(XRD)和热重分析(TG)结果表明, Ni/Mg(Al)O催化剂优良的催化活性和反应稳定性可归因于催化剂表面Ni晶粒较高的稳定性和抗积炭性能.     

Cu/ZrO2催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究Ⅰ催化剂性能及其制备参数的影响

研究了Cu/ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化性能。用常规沉淀法、醇凝胶法制备了ZrO2载体;用浸渍法或共沉淀法制备了Cu/ZrO2催化剂。考察了ZrO2载体的制备方法以及Cu/ZrO2的制备参数对催化剂性能的影响。采用BET、XRD、TEM及XRF等方法对催化剂的比表面积、孔容、晶相、表面形貌以及活性组分等进行了表征。同时,制备并比较了Ni/ZrO2、Cu/10MgO-90ZrO2和Cu/10CaO-90ZrO2催化剂的性能,考察了活性组分Cu、Ni的差异以及ZrO2载体的影响。在Cu/ZrO2催化剂(Cu的质量分数为8%)上,500 ℃~600 ℃乙醇转化率达到98%~100％、H2选择性为2.0~2.6（摩尔比）。 Cu/ZrO2与Ni/ZrO2机械混合有助于H2选择性的提高。在催化剂载体中添加MgO、CaO碱性物质可以使H2选择性提高1.3倍~2.0倍。浸渍法制备的Cu/ZrO2催化剂的性能优于共沉淀法。     

镍基催化剂上稻草水蒸气重整制富氢合成气

采用浸渍法制备了SiO₂, γ-Al₂O₃, CaO和TiO₂负载的Ni催化剂, 以及不同MgO含量的MgO-7.5%Ni/γ-Al₂O₃催化剂,利用X射线衍射和N₂吸附-脱附技术表征了催化剂的结构,在固定床反应器上评价了它们在稻草水蒸气催化重整制合成气反应中的催化性能,考察了反应条件对催化剂性能的影响.结果表明, 以γ-Al₂O₃为载体时Ni催化剂活性最高,其中7.5%Ni/γ-Al₂O₃催化剂的H₂收率可达1071.3ml/g,H₂:CO的体积比为1.4:1;同时,MgO的添加进一步提高了该催化剂的性能,当MgO含量为1.0%时,H₂收率可达1194.6ml/g,H₂:CO体积比可达3.9:1.可见MgO的加入促进了Ni基催化剂上稻草水蒸气催化重整制合成气反应的进行,同时使得合成气中CO发生水-汽转换反应,从而大大提高了合成气中H₂含量.     

Nickel catalysts supported on MgO with different specific surface area for carbon dioxide reforming of methane

In this paper, three kinds of MgO with different specific surface area were prepared, and their effects on the catalytic performance of nickel catalysts for the carbon dioxide reforming of methane were investigated. The results showed that MgO support with the higher specific surface area led to the higher dispersion of the active metal, which resulted in the higher initial activity. On the other hand, the specific surface area of MgO materials might not be the dominant factor for the basicity of support to chemisorb and activate CO₂, which was another important factor for the performance of catalysts. Herein, Ni/MgO(CA) catalyst with proper specific surface area and strong ability to activate CO₂ exhibited stable catalytic property and the carbon species deposited on the Ni/MgO(CA) catalyst after 10 h of reaction at 650 °C were mainly activated carbon species.     

镁铝混合氧化物负载镍催化剂上液化石油气的预重整

采用共沉淀-浸渍法并在较低温度(400～700℃)下焙烧制备了镁铝混合氧化物(MgmAl)负载的Ni催化剂.X射线衍射和程序升温还原结果表明,Ni物种高度分散于催化剂表面,没有形成尖晶石NiAl2O4.在650℃可被还原成金属Ni纳米晶粒,在400℃和较低水/碳摩尔比(S/C=2)条件下表现出较好的催化液化石油气(LP...     

镍负载量对乙醇水蒸气重整制氢催化性能和催化剂的影响

采用稳态实验对镍负载量对Ni/MgO催化剂在乙醇水蒸气重整反应的影响进行了研究。结果表明，在101.3kPa下，镍负载量越高，催化剂的活性越高。对于催化剂的选择性，存在一个最佳镍负载量为10%Ni/MgO。按选择性从大到小排序，不同镍负载量的催化剂为：10Ni/MgO>15Ni/MgO>12.5Ni/MgO>7.5Ni/MgO≈5Ni/MgO。热分析表明，焙烧过程中不同镍负载量的催化剂镍前体与载体前体之间发生的相互作用不同。XRD和TPR 表征结果显示，催化剂的晶体结构和还原特性也与催化剂上镍的负载量有关。焙烧过程中样品10Ni/MgO上镍前体与载体前体发生了两种相互作用, 并且其氧化态与其他催化剂相比具有特殊的结构和还原性。说明催化剂的选择性不仅受活性相Ni的影响而且受Ni活性相周围环境的影响。     

制备方法对Ni/MgO/Al2O3催化剂在甲烷与二氧化碳重整反应活性的影响

采用浸渍－还原法制备的Ｎｉ／ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３在ＣＨ４与ＣＯ２重整制合成气反应中显示出良好的催化性能和一定的抗积炭能力;在１０２３Ｋ下流动反应气氛中连续运转１００ｈ,未见活性下降,ＣＨ４及Ｃ弦均为９０％左右,ＣＯ收率高于９０％,实验还发现,ＣＨ４转化率随着原料气中ＣＯ２浓度的增加而升高,当Ｖ（ＣＯ２）／Ｖ（ＣＨ４）＝２时ＣＨ４转化率可达１００％,通过ＢＥＴ比表面积测定及ＸＲＤ,ＴＥＭ等分析手段,比     

Ni/MgO/Al2O3催化剂上以1-甲基萘为模型化合物高温焦炉煤气焦油的催化转化

采用共浸渍薄水铝石(AlOOH)方法制备了一系列Ni/MgO/Al₂O₃催化剂, 并采用N₂气吸附及Ｘ射线衍射等手段进行了表征. 选择1-甲基萘作为焦油模型化合物, 研究了该催化剂催化转化具有较低水蒸气/碳摩尔比(n_H2O/n_C) 的高温焦炉煤气(COG)中焦油催化反应性能. 考察了催化剂中MgO含量及反应条件等对催化剂性能的影响. 实验结果表明, 在775 ℃和n_H2O/n_C=0.7条件下, MgO改性的Ni/MgO/Al₂O₃催化剂对1-甲基萘催化转化为小分子气体反应具有较好的催化活性和稳定性; 热重分析表明, MgO的加入能显著提高催化剂的抗积炭能力. 在Ni/MgO/Al₂O₃催化剂上, 反应气中高浓度H₂S气体(0.25%, 体积分数)能够促进焦油催化转化为小分子气体, 这可能是由于H₂S在Ni表面的可逆吸附形成更适合于重整反应的活性位, 同时抑制了烷烃裂解吸附形成的碳在金属中的溶解、扩散并最终形成积炭过程.     

负载Ni催化剂上低温甘油蒸汽重整制氢

采用等体积浸渍法制备了Al₂O₃、CeO₂、TiO₂及MgO负载Ni催化剂,考察了它们对甘油蒸汽重整制氢反应的催化性能。采用X射线衍射、N₂吸附、透射电镜及H₂程序升温还原等方法对催化剂进行了表征。结果表明,载体对Ni催化剂的活性有显著影响。在400 ℃下Ni/CeO₂的催化活性明显好于其他催化剂,活性次序为Ni/CeO₂> Ni/Al₂O₃ > Ni/TiO₂ ~ Ni/MgO。Ni/CeO₂也具有好的稳定性,反应20 h未见活性下降,甘油转化率70%,氢气收率69.2%。这与CeO₂的本性及其与活性组分的相互作用有关。Al₂O₃具有较大的比表面积与孔体积,有利于CO吸附及甲烷化反应的进行,使得Ni/Al₂O₃催化剂在较高温度下具有很高的甘油转化率85.7%,但H₂选择性较差。由于MgO载体与活性组分强的相互作用而生成NiMgO₂固溶体,导致Ni/MgO低温活性差。     

MgO/HZSM-5中MgO分散状态和催化性能的关系

以硝酸镁、醋酸镁为前身物,通过浸渍法制备了不同系列MgO/ HZSM-5催化剂,用XRD、XPS方法研究了MgO在HZSM-5上的分散状态,用NH3-TPD方法考察了催化剂的酸性,用常压连续流动微型反应装置考察MgO/ HZSM-5在甲苯甲醇烷基化反应中的催化性能.发现前身物不同,MgO在HZSM-5上的分散状态也不同,催化剂的活性和选择性与MgO分散状态密切相关.MgO负载量相同时,在以硝酸镁为前身物制备的催化剂中,MgO在HZSM-5内外表面均有分散,催化剂的对位选择性较高,而活性较低;在以醋酸镁为前身物制备的催化剂中,MgO较多分布在HZSM-5外表面,催化剂的活性较高,但选择性较低.使用醋酸镁为前身物,通过二次浸渍和高温水汽处理,适当改变MgO在分子筛表面的分布并使孔道窄化,可在活性降低较少的情况下显著提高催化剂对二甲苯选择性.     

MgO助剂对甲烷部分氧化Ni/Al2O3催化剂结构和性能的影响

采用分步浸渍法制备了MgO改性的Ni/Al2O3催化剂，采用BET、XRD、H2 TPR、TEM和活性评价等研究方法，考察了MgO助剂对Ni/Al2O3催化剂物化性质和甲烷部分氧化制合成气反应性能的影响。实验结果表明，MgO助剂提高了催化剂镍物种的均一性，抑制了NiAl2O4尖晶石的形成，并且增强了镍物种与载体的相互作用，这与MgO、NiO形成固溶体及与Al2O3形成MgAl2O4有关。同时，适量的MgO助剂可以提高Ni物种在催化剂中分散度，并提高其有效利用率，改性后的催化剂在甲烷部分氧化反应中显示出较好的反应性能。过量的MgO助剂对催化剂的反应性能产生负面影响，MgO的碱性可以促进逆水煤气变换反应，从而导致H2选择性降低和CO选择性提高。     

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。     

Hydrogen Production by Catalytic Reforming of Liquid Hydrocarbons

In this review, we are reporting the catalytic reforming of liquid hydrocarbon fuels carried out in our research group, covering the catalytic reforming of iso-octane and toluene as surrogate of gasoline, gasoline fuel processor system and steam reforming of n-hexadecane and decahydronaphthalene, main constituents of diesel. The commercial ICI reforming catalyst is prone to be poisoned by sulfur contained in iso-octane. We investigated various supported transition metal formulations and developed Ni/Fe/MgO/Al₂O₃ (KIST-5) catalyst with prolonged catalytic stability (>760 h), higher activity and sulfur tolerance ability over commercial ICI and HT catalysts for ATR reaction of iso-octane. We found that the concentration of CO can be reduced to <1,800 ppm by the gasoline fuel processor system charged with KIST-5 reforming catalyst, commercial HTS catalyst and KIST Pt–Ni/CeO₂ LTS catalyst. The addition of Rh metal to spc-Ni/MgAl catalyst as promoter was found to be very effective in inhibiting the deactivation of spc-Ni/MgAl catalyst by sintering of reduced Ni metal at high temperature during steam reforming of n-hexadecane. A 0.3 wt% Rh loading on spc-Ni/MgAl catalyst was optimized to have the best performance for steam reforming of n-hexadecane among the prepared catalysts. The addition of Rh to spc-Ni/MgAl catalyst also restricted the deactivation of the catalyst due to carbon formation at high reaction temperature. In view point of prolonged stability and higher activity, these developed reforming catalysts have a good scope in the reforming process of gasoline and diesel for hydrogen station and fuel processor system applications.     

单层分散型Pt/Ni双金属催化剂的制备及其C=C和C=O催化加氢性能

 利用金属置换反应制备了表面单层分散型Pt/Ni双金属催化剂,并测定了该催化剂对环己烯、苯乙烯、丙酮和丁醛气相加氢反应的催化性能. 结果发现,这种催化剂具有比传统浸渍法制备的相同Pt含量的Pt/Ni和Pt/Al2O3催化剂更高的催化活性.     

Cu-Ni-Al尖晶石催化甲醇水蒸气重整制氢性能的研究

以氢氧化铜、醋酸镍和拟薄水铝石为原料,通过固相法合成了Cu-Ni-Al尖晶石催化剂。采用N2物理吸附、XRD、H2-TPR和XPS等表征方法,研究Cu/Ni/Al的物质的量比和焙烧温度对催化剂的比表面积、物相、还原性能以及表面性质的影响,并以甲醇水蒸气重整制氢为探针反应,考察催化剂的缓释催化性能。结果表明,随着焙烧温度的升高,Cu-Ni-Al催化剂的尖晶石含量增加,但尖晶石晶粒增大,且比表面积下降。不同的焙烧温度和Cu/Ni/Al物质的量比,所得催化剂的比表面积、还原性能和表面性质不同,从而表现出不同的缓释催化性能。与计量比Cu/Al=1∶2的合成比较,Cu/Al=1∶3形成了非计量比的富Al尖晶石固溶体,生成的晶体粒子小、比表面积和孔容大、难还原的尖晶石部分增多,呈现出更好的缓释催化性能。甲醇制氢反应性能评价结果显示,Cu-Ni-Al尖晶石在反应条件下逐渐释放活性铜而催化反应的进行,其中,CNA3-1000催化剂表现中最高的催化活性和稳定性。     

双金属NiCu/MgO催化剂上葡萄糖氢解制备高附加值C2-C4化学品

采用共沉淀法制备了不同 Ni ／Cu 比的 NiCu／MgO 双金属催化剂,并通过 N2物理吸附、X 射线衍射（XRD）、X 射线光电子能谱（XPS）和程序升温还原等方法对 NiCu／MgO 催化剂结构进行表征。表征结果表明,Cu 和 Ni 之间存在协同相互作用,NiMgO2的存在抑制了镍物种的还原和 Cu-Ni 合金的形成,催化剂的 Ni ／Cu 比和焙烧温度对其表面金属组成有非常重要的影响。以葡萄糖氢解反应为探针反应,考察了 Ni ／Cu 比、焙烧温度、H2压力、反应温度、反应时间等因素对 NiCu／MgO 催化性能的影响。研究表明相对于单金属催化剂,双金属催化剂对葡萄糖氢解生成 C2-C4和1,2-PD 具有较高的催化活性,这与铜镍之间的协同作用有关。     

Catalytic steam reforming of biomass over Ni-based catalysts: Conversion from poplar leaves to hydrogen-rich syngas

A series of Ni/SBA-15 catalysts with Ni contents from 5 wt%–20 wt%and CaO-12.5%Ni/SBA-15 catalysts with CaO contents from 1.4 wt%–9.8 wt%have been prepared.The structure of the catalysts was characterized using X-ray diffraction(XRD),N2 adsorption-desorption,transmission electron microscopy(TEM)and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS).The performance of catalytic steam reforming of the poplar leaves to the hydrogen-rich syngas was tested in a fixed-bed reactor.The results indicate that the 7.0wt%CaO-12.5wt%Ni/SBA-15 catalyst exhibits the best performance for the catalytic steam reforming of poplar leaves to hydrogen-rich syngas.The ratio of H2:CO can reach ca 5:1 in the hydrogen-rich syngas.The yield of H2 can reach 273.30 mL/g(poplar leaves).In the CaO-Ni/SBA-15 catalyst,Ni active component mainly fills the role of catalytic steam reforming of the poplar leaves,and CaO active component mainly plays the role as water-gas shift and CO2 sorbent.     

抽放煤层气（CH4-CO2-Air）制合成气的研究——固溶体的形成对NiO/MgO催化剂性能的影响

采用浸渍法制备了NiO/MgO催化剂，用TPR、XRD、BET、H2(O2)化学吸附等技术对催化剂进行了表征，对催化剂在甲烷空气部分氧化与CO2重整耦合制合成气反应中的催化性能进行了评价。结果表明，在800 ℃焙烧的催化剂中，NiO完全与MgO形成NixMg1－xO固溶体。与低温焙烧的NiO/MgO催化剂相比，虽然NixMg1－xO固溶体催化剂的还原度较低，但可以获得较高的金属分散度和较小的金属粒径，能有效抑制积炭的生成，在反应过程中显示出良好的活性稳定性。对于900 ℃焙烧的催化剂，由于形成了更多难还原的体相固溶体，催化剂的初活性较低。