镍基催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究

考察了载体对Ni催化剂乙醇水蒸气重整制氢反应性能的影响。结果表明，Ni/CeO2催化剂具有较好的低温活性和氢气选择性。对Ni担载量和焙烧温度考察发现，400℃焙烧的15%NiCeO2催化剂具有较好的催化性能；继续升高焙烧温度引起NiO和CeO2粒子的显著增大,导致对氢气选择性的降低。较小的Ni和CeO2粒子有利于乙醇水汽重整反应的进行，而大的粒子倾向于乙醇的分解反应。 350℃时,在反应过程中分别添加CO、CO2和CH4的结果表明没有发生CO和CO2甲烷化反应,而发生了一定程度的CH4水汽重整反应。     

Ni/ZrO2催化剂上甲烷水蒸气重整反应的研究

研究了Ni/ZrO2催化剂对甲烷水蒸气重整制合成气的反应性能。考察了催化剂的还原温度、载体焙烧温度以及反应温度、原料配比和空速等对催化剂性能的影响。利用XRD、TEM、XPS等手段对催化剂的织构形貌进行了表征。研究表明，Ni/ZrO2催化剂用于甲烷水蒸气重整制合成气不仅具有较高的活性，也具有较好的稳定性。水蒸气比增加，CH4转化率增大、CO选择性下降。CH4转化率及CO选择性均随空速增大而下降。使用10%Ni/ZrO2催化剂，在650 ℃、空速1.984×104 h－1、原料气配比H2O∶CH4∶N2=2∶1∶2.67的条件下，获得CH4转化率85%、CO选择性70%的结果。     

Pt/CeO2-ZrO2变换催化剂的制备、表征与性能

 用共沉淀法制备了不同Ce/Zr比的CeO2-ZrO2复合氧化物,用浸渍法制备了Pt/CeO2-ZrO2水煤气变换催化剂,并对该催化剂进行了活性评价. 结果表明,与传统的Cu基低变催化剂相比,该催化剂具有操作温度范围宽和抗氧化冲击等优点,具有应用于车载重整制氢过程的潜力. 考察了温度、空速和汽/气比等条件对催化剂活性的影响,对催化剂的制备参数和工艺参数进行了研究. 结果表明,不同Ce/Zr比的Pt/CeO2-ZrO2催化剂的活性相差很大,其中Pt/Ce0.8Zr0.2O2变换催化剂活性最高. XRD结果表明,制备的Pt/Ce0.8Zr0.2O2形成了固溶体. 通过增加单位质量催化剂表面的Pt原子数可提高催化剂的活性.     

CeO_2改性Cu/Zn-Al水滑石衍生催化剂对甲醇水蒸气重整制氢性能的影响

采用原位合成法在γ-Al2O3表面合成了锌铝水滑石,再采用顺次浸渍法制备了Ce/Cu/Zn-Al催化材料;将其应用于甲醇水蒸气重整制氢,探讨了Ce含量对Cu/Zn-Al催化剂催化性能的影响.催化剂表征结果表明,CeO_2的引入改善了活性组分铜的分散度、铜的比表面积以及催化剂的氧化还原性质,进而提高了催化剂的催化活性和产氢率.当Ce含量为4%时,催化剂活性最佳,在250℃时,甲醇转化率达到100%,CO摩尔分数为0.39%,与Cu/Zn-Al催化剂相比,甲醇转化率提高了近40%.     

Hydrogen and syngas production from two-step steam reforming of methane using CeO2 as oxygen carrier

CeO2 oxygen carrier was prepared by precipitation method and tested by two-step steam reforming of methane (SRM). Two-step SRM for hydrogen and syngas generation is investigated in a fixed-bed reactor. Methane is directly converted to syngas at a H2/CO ratio close to 2 : 1 at a high temperature (above 750 °C) by the lattice oxygen of CeO2; methane cracking is found when the reduction degree of CeO2 was above 5.0% at 850 °C in methane isothermal reaction. CeO2?δ obtained from methane isothermal reaction can split water to generate CO-free hydrogen and renew its lattice oxygen at 700 °C; simultaneously, deposited carbon is selectively oxidized to CO2 by steam following the reaction (C+2H2O→CO2+2H2). Slight deactivation in terms of amounts of desired products (syngas and hydrogen) is observed in ten repetitive two-step SRM process due to the carbon deposition on CeO2 surface as well as sintering of CeO2.     

镍基整体式催化剂上生物质粗燃气重整调变的特性研究

采用浸渍法制备了Ni基整体式催化剂,考察了不同条件(温度、时间、空速、水蒸气添加等)对催化剂上生物质粗燃气重整反应性能的影响。结果表明,催化剂在较低温度下(≤500 ℃)只具有CO加氢反应活性,随着反应温度的升高粗燃气重整反应逐渐进行,在800 ℃以上,CH₄和C₂转化率均高达95 %以上,CO₂转化率达到92%,但随着反应空速和水蒸气添加量的增加,CH₄和CO₂等转化率呈现缓慢降低的趋势。此外,通过改变水蒸气添加量可对合成气中H₂/CO体积比在0.85~4.00进行较好调节。结合XRD表征发现,Ni基整体式催化剂中Ni°的生成可较好地促进重整反应的进行。     

CeO2改性Cu/Al2O3催化剂上甲醇水蒸气重整制氢

研究CeO2改性Cu/Al2O3催化剂上甲醇水蒸气重整制氢反应过程,得到低温活性、氢选择性和稳定性较好的催化剂.Cu/Al2O3催化剂中添加CeO2提高了催化剂的活性和稳定性,当CeO2质量分数为20％时,催化剂活性表现最佳.在反应温度250 ℃,水醇摩尔比为1.0,液体空速为3.28 h －1条件下,甲醇转化率为95.5％,氢气选择性为100％.此外,CeO2通过促进水气转化反应降低了重整气中CO的含量.Cu/CeO2/Al2O3催化剂在200 h的寿命实验中,活性仍保持在90.0％以上,而Cu/Al2O3催化剂在100 h的寿命实验中,活性已很快下降.XRD和TPR分析及表面元素分布结果表明,铜和铈相互作用促进了铜在催化剂表面的高度分散,阻止了铜晶粒团聚、烧结,促使铜晶粒细小化,促进了铜的还原,改善了Cu/CeO2/Al2O3催化剂的性能.     

Rh/SiO_2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的反应机理

采用原位Raman光谱技术,在原料气中的O2未完全耗尽的条件下,对CH4部分氧化制合成气反应的Rh/SiO2催化剂床层前部贵金属物种的化学态以及由CH4解离所生成的碳物种进行了表征.在此基础上采用脉冲反应和同位素示踪技术,比较了CH4的部分氧化及其与H2O和CO2的重整等反应对催化剂床层氧化区内CO和H2生成的相对贡献,并将实验结果与Ra-man光谱表征结果进行了关联.结果表明,在600°C下将还原后的4%Rh/SiO2催化剂切入CH4:O2:Ar=2:1:45原料气,催化剂床层前部未检测到铑氧化物的Raman谱峰,但可清晰检测到源于CH4解离的碳物种;在700°C和接触时间小于1ms的条件下,催化剂床层的氧化区内已有大量CO和H2生成,在相同的实验条件下,CH4与H2O或CO2重整反应对氧化区内合成气生成的贡献则很小;以CH4:16O2:H218O:He=2:1:2:95为原料气的同位素示踪实验结果表明,在原料气中16O2未完全耗尽的情况下,反应产物中C16O的含量占CO生成总量的92.3%,表明CO主要来自CH4的部分氧化反应.上述结果均表明,在O2存在下Rh/SiO2催化剂上CO和H2可以通过CH4直接解离和部分氧化机理生成.     

甲烷部分氧化Ni催化剂及助剂的研究

考察了不同Ni担载量的Ni／a－Al_2O_3催化剂的催化性能，以8％Ni（质量分数）最佳．XRD分析表明，8％Ni催化剂表面NiO颗粒最小．TPR分析表明，催化剂表面主要有两种不同化学环境的NiO，当Ni担载量超过12％时，表面开始出现“游离态”NiO，这部分NiO易使催化剂积碳．添加稀土Ce有利于提高Ni催化剂的活性、选择性和稳定性，并对Ce的助剂效应作了研究．     

湿混法制备甲醇氧化重整制氢CuZnAlZr催化剂

用简易湿混法制备了用于甲醇氧化重整制氢的CuZnAlZr催化剂,与共沉淀法制备的催化剂比较,结果表明,湿混法制备的催化剂具有相当的中高温活性和略低的低温活性,有较高的CO2选择性。XRD、TPR、TG-DSC等表征结果显示,湿混法制备的催化剂中铜组分易于向表面迁移和富集,并可能与氧化铝作用生成铜铝复合氧化物,具有了更高的Cu分散度和Cu0比表面浓度。湿混法制备的催化剂对甲醇氧化重整反应有较好的稳定性,经100 h的连续反应,在275 ℃时甲醇转化率在90％以上,重整气中氢气体积分数大于60％,CO2选择性接近99％。     

Effect of CeO2 on the catalytic performance of Ni/Al2O3 for autothermal reforming of methane

The effect of promoter Ce on the catalytic performance of Ni/Al2O3 catalyst for autothermal reforming of methane to hydrogen was investigated. The catalysts were characterized by X-ray diffraction （XRD）, temperature-programmed reduction （TPR）, and X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）. The results indicated that the catalytic performance of the catalysts was improved with the addition of Ce. Ni/Ce30Al70Oδ showed the highest CH4 conversion in operation temperatures ranging from 650 ℃ to 850 ℃. At the same time, the decrease in H2/CO ratio with increasing reaction temperature was consistent with the fact that water-gas shift reaction was thermodynamically unfavorable at higher temperatures. The XRD result indicated that adding Ce to Ni/Al2O3 catalyst prevented the formation of NiAl2O4 and facilitated the formation of NiO. The formation of NiO increased the number of active sites, resulting in higher activity. Comparing the TPR profiles of Ni/Ce30Al70Oδ with Ni/Al2O3, it could be clearly observed that with the addition of Ce, the total reduction peak areas in the middle and low temperatures increased. It was most probably that the addition of Ce inhibited the stronger interaction between Ni and Al2O3 to form the phase of NiAl2O4, and favored the formation of the strong interaction between NiO species and CeO2. Therefore, the addition of Ce to the Ni/Al2O3 catalyst increased the active surface that promoted the activity of the catalyst.     

助剂MgO、CaO对甲烷水蒸气重整Ni/γ-Al_2O_3催化性能的影响

采用固定床装置,考察了以共浸方式引入的助剂MgO、CaO对Ni/γ-Al2O3催化剂在甲烷水蒸气催化重整中的催化反应性能的影响。结果表明,在H2O/CH4/N2的摩尔比为2.86/1/3.28,GHSV为1 800 h-1,反应温度为700℃下,催化剂Ni-CaO/Al2O3催化性能最好;反应初期甲烷转化率可达到96.95%、CO选择性可达68.93%、H2收率可达73.58%。XRD和H2-TPR结果表明,CaO的存在使催化剂中的活性NiO组分增多,还原性和分散性能较好。利用热分析技术对积炭进行考察发现反应10 h后的Ni-CaO/Al2O3催化剂上并未出现导致催化剂失活的炭物种。     

Ni/Al2O3催化剂上CH4三重整反应-催化剂床层温度分布

在连续流动的固定床反应装置上，考察了Ni/Al2O3催化剂上CH4三重整反应中催化剂床层的温度分布。实验在常压、750℃~950℃、2000h-1~20000h-1下进行，研究了外控炉温、空速和进料组成对催化剂床层温度分布的影响。结果表明，催化剂床层中的温度梯度较甲烷部分氧化反应平缓，在CH4/CO2/H2O/O2=50/12.5/12.5/25（摩尔比）、20000h-1下，催化剂床层中入口处温度比炉温高约80℃，出口处温度与器壁温度相当。空速越低，催化剂床层入口处温度(tmax)与炉温之差Δtmax越小(20000h-1时，Δtmax=80℃；2000h-1时，Δtmax=30℃)。当原料气中不含O2时，催化剂床层入口处没有观测到温度骤升的现象。催化剂床层温度分布出现“低谷”现象，温度最低点(tmin)比炉温低30℃~40℃。根据温度分布曲线，大体可将催化剂床层分为三个区域：富氧区、贫氧区和无氧区。富氧区内只发生燃烧反应，贫氧区内发生重整反应和部分氧化反应，无氧区内只发生重整反应。     

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.     

Methane reforming With CO2 to syngas over CeO2-promoted Ni/Al2O3-ZrO2 catalysts Prepared Via a direct sol-gel process

CeO2-promoted Ni/Al2O3-ZrO2 (Ni/Al2O3-ZrO2-CeO2) catalysts were prepared by a direct sol-gel process with citric acid as gelling agent. The catalysts used for the methane reforming with CO2 was studied by infrared spectroscopy (IR), thermal gravimetric analysis (TGA), microscopic analysis, X-ray diffraction (XRD) and temperature-programmed reduction (TPR). The catalytic performance for CO2 reforming of methane to synthesis gas was investigated in a continuous-flow micro-reactor under atmospheric pressure. TGA, IR, XRD and microscopic analysis show that the catalysts prepared by the direct sol-gel process consist of Ni particles with a nanostructure of around 5 nm and an amorphous-phase composite oxide support. There exists a chemical interaction between metallic Ni particles and supports, which makes metallic Ni well dispersed, highly active and stable. The addition of CeO2 effectively improves the dispersion and the stability of Ni particles of the prepared catalysts, and enhances the adsorption of CO2 on the surface of catalysts. The catalytic tests for methane reforming with CO2 to synthesis gas show that the Ni/Al2O3-ZrO2-CeO2 catalysts show excellent activity and stability compared with the Ni/Al2O3 catalyst. The excellent catalytic activity and stability of the Ni/Al2O3-ZrO2-CeO2 are attributed to the highly, uniformly and stably dispersed small metallic Ni particles, the high reducibility of the Ni oxides and the interaction between metallic Ni particles and the composite oxide supports.     

水热法制备Ni/ Zr0.4Ce0.6O2-Al2O3催化剂上CH4-CO2重整反应研究: NiO含量的影响

采用水热合成法制备不同NiO含量的Ni/Zr0.4Ce0.6O2-Al2O3催化剂，使用X射线衍射（XPD）和H2的程序升温还原（H2-TPR）对样品进行表征，研究了NiO的含量对催化剂结构和CH4-CO2重整性能的影响。结果表征表明，少量Ni组分能在催化剂表面分散并进入CeO2-ZrO2固熔体晶格间隙而被固熔体包裹，并使固熔体晶粒变小，促进了固熔体的低温还原，而过量的NiO暴露在外生成NiO颗粒。活性测试结果表明，NiO含量少的样品活性随反应进行有较高的增长。选择适当空速，能使CH4-CO2以1：1反应。     

Effect of O2 and H2O on the tri-reforming of the simulated biogas to syngas over Ni-based SBA-15 catalysts

A series of Ni/SBA-15 catalysts with Ni contents from 7.5 wt% to 15 wt% were prepared by impregnation method. The effect of O2 and H2O on the combined reforming of the simulated biogas to syngas was investigated in a continuous flow fixed-bed micro-reactor. The stability of the catalyst was tested at 800 ℃. The results indicated that 10 wt%Ni/SBA-15 catalyst exhibited the highest catalytic activities for the combined reforming of the simulated biogas to syngas. Under the reaction conditions of the feed gas molar ratios CH4/CO2/O2/H2O = 2/1/0.6/0.6, GHSV = 24000 ml•g{cat}-1\cdoth-1 and the reaction temperatureT = 800 ℃, the conversions of CH4 and CO2 were 92.8% and 76.3%, respectively, and the yields of CO and H2 were 99.0% and 82.0%, respectively. The catalytic activities of the catalyst did not decrease obviously after 100 h reaction time on stream.     

液化石油气水蒸气重整镍催化剂新型载体研究

以共沉淀法合成了硅铝系载体（AS和SA），并采用改性天然高铝石为原料合成了矿物质载体（MC-1和MC-2）,采用浸渍法合成了镍负载型催化剂。用常压固定床管式反应器，考察了液化石油气水蒸气重整反应活性，通过XRD、物理吸附等手段对催化剂进行了表征。结果表明，以MC-1、MC-2和SA、AS为载体的催化剂的水蒸气重整活性明显高于目前普遍使用的Ni/α-Al2O3催化剂。以SA为载体，负载5%镍的催化剂具有最好的水蒸气重整活性。在750 ℃，水碳比为2.0的条件下转化率达100％，C1选择性达94.46％。XRD分析结果表明1 300 ℃焙烧后的SA载体中存在α-Al2O3晶型和莫来石结构。硅、铝添加次序对水蒸气重整活性影响较大，硅-铝添加次序的催化剂样品的活性高于铝-硅添加次序的样品，C1选择性提高12.7％。     

Ni/Al2O3和Fe/Al2O3催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的对比研究

甲醇、乙醇等低碳醇催化重整制氢是燃料电池氢源的重要技术之一.乙醇和甲醇相比,更容易存储,低毒且可以从生物质经发酵获得[1,2].乙醇可以通过裂解、部分氧化、水蒸气重整和氧化重整等途径制氢[3~6].已有的文献表明,Pt、Ru、Rh、Pd等贵金属可有效地催化乙醇重整反应,载体多选用     

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。