超低浓度甲烷在Cu/γ-Al2O3催化颗粒流化床中的燃烧特性

采用流化床燃烧技术,使用自制Cu/γ-Al₂O₃颗粒作为催化剂床料,实验研究了超低浓度甲烷在流化床中催化燃烧时床层温度(450~700℃)、流化风速比ω(1.5~4)、进气甲烷体积分数(0.3%~2%)等对甲烷燃烧效率的影响。结果表明,床层温度是影响甲烷催化燃烧反应的关键因素,甲烷的转化率随着床层温度的升高而增加;床层温度达到650℃时,甲烷含量低于1%的超低浓度甲烷其转化率超过95%,继续提高床层温度至700℃且控制流化风速比ω≤2可以实现甲烷的完全转化;甲烷转化率随着流化风速和进气甲烷浓度的增加而降低,当ω>3.5时,温度对甲烷转化的影响减弱,未燃烧的甲烷含量增大。动力学实验发现,床层温度较低时,催化反应受动力学控制,测得催化反应的活化能E_a为1.26×10⁵J/mol,反应级数m为0.73,当温度t>450℃时,扩散作用影响显著,反应级数增大。     

含氧煤层气流化床催化燃烧脱氧特性研究

利用自制的铜基球形甲烷催化燃烧催化剂,在小型流化床反应器中对模拟含氧煤层气进行了流化床催化燃烧脱氧的实验研究,考察了床层温度、催化剂粒径、空速对脱氧效率和CO₂选择性的影响。结果表明,较高的反应床层温度使催化剂活性增强,进而提高催化脱氧效率。床层温度在450 ℃以上,脱氧效率可稳定保持在95%以上。较小的催化剂粒径降低了内扩散阻力对催化反应的影响,提高催化反应的CO₂选择性。床层温度在450 ℃以下时,降低空速可提高氧气转化率,但温度高于450 ℃时,脱氧反应速率加快,空速变化对脱氧效率影响不明显。此外,通过调节CH₄/Air比例模拟不同含氧量的煤层气,考察流化床反应器及催化剂对含氧煤层气中O₂浓度变化的适应性。模拟含氧煤层气中氧气体积分数在5%~15%,该催化剂均表现出高的脱氧活性和选择性,反应器出口气体中氧气体积分数低于0.2%,CO₂选择性高于98%。     

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。     

催化裂解甲烷制备氢气和碳纳米纤维

采用浸渍法制备了Ni/MgO与Ni/O-D(氧化金刚石)催化剂,分别研究了反应温度和空速对甲烷催化裂解转化率的影响,并利用XPS、SEM、EDS等测试技术对催化剂进行了表征. 结果表明,33Ni/O-D和41Ni/MgO分别在500与650 ℃能长时间维持其催化活性,前者在150 min内的甲烷转化率＞8%,后者则在120 min内的甲烷转化率＞25%;甲烷初始转化率随裂解反应温度升高而增大,但温度过高导致催化剂迅速失活;降低空速有利于提高甲烷的转化率,但却会降低氢气产量;甲烷裂解生成的碳产物形貌取决于载体和催化反应条件,较低温度(500和550 ℃)下,Ni/O-D表面的裂解碳呈现出纤维状,在650 ℃以上则表现为板结颗粒堆积并将Ni完全覆盖,但该温度下的Ni/MgO表面仍能形成碳纤维,并随空速降低存在直径增加的趋势.     

Ni-Nb2O5和Ni-Cu-Nb2O5催化甲烷燃烧活性研究

在微型固定床反应器中考察了新型甲烷催化燃烧催化剂Ni-Nb2O5和Ni-Cu-Nb2O5的活性．实验结果表明，含Nb2O5的Ni及Ni-Cu双金属催化剂具有好的催化甲烷低温燃烧性能，其甲烷转化率与反应温度、活性组分含量和空速有关．70％Ni担载量的Ni-Nb2O5催化剂可使甲烷在500℃时完全转化，并具有稳定的催化活性．Ni-Cu-Nb2O5体系催化剂中，Ni／Cu比为65／25时催化剂具有最佳的活性；该催化剂中Nb2O5可以在一个比较宽的范围内调节，并在此调节范围内可使甲烷在550℃温度下完全转化．     

ThO2—La2O3／BaCO3复合物催化剂对甲烷氧化偶联反应的低温催化活性

用共沉淀法与浸渍法制备的ThO_(2-)La_2O_(3-)BaCO_3三组分复合物催化剂在反应温度600℃ ,催化剂床层热点温度665℃的条件下,采用甲烷/空气共进料方式,可以获得22.4%甲烷转化率和64.6%C_2烃选择性,本文考察了各组分含量对催化性能的影响,用离子阱在线检测考察了在纯ThO_2与三组分复合物催化剂上CO脉冲反应的差别.     

焙烧温度对LaSrFeMo0.9Co0.1O6催化剂催化甲烷燃烧性能的影响

采用溶胶凝胶法制备LaSrFeMo0.9Co0.1O6,以催化甲烷燃烧为目标反应,研究不同焙烧温度(600、700、800、900℃)对其催化甲烷燃烧性能的影响.通过XRD、BET、H2-TPR及SEM技术对其结构进行表征.结果表明,在不同的焙烧温度下均可形成完整的双钙钛矿晶型,且焙烧温度不同其催化活性不同,随着焙烧温度的升高其催化活性先升高后逐渐降低.当焙烧温度为800℃,样品比表面积为14 m2/g,起燃温度T10％为428℃,T90％为640℃.     

NOx催化的甲烷气相氧化反应

 考察了没有固体催化剂时NOx对甲烷气相氧化的催化作用，并用原位红外光谱研究了CH4－O2－NOx体系随温度的变化．实验结果表明，NOx对甲烷气相氧化有很高的催化活性．在20％CH4－10％O2体系中加入0．05％～0．2％的NO后，反应温度可降低200～300℃，在650～700℃下反应时，CH4转化率和CO选择性可分别达到38％和90％，产物中的n（H2）／n（CO）比为0．4～0．7．反应产物中可观察到有甲醛、甲醇和乙烯等，通过改变反应条件可以控制各组分的相对浓度．     

沼气中CO2的甲烷化反应及反应器研究

本文采用计算流体力学方法建立了以沼气为原料气的CO₂甲烷化反应器模型，通过多物理场耦合求解获得了不同反应条件下甲烷化反应器内的温度分布和反应速率等数据，考察了反应温度、压力、流速等对甲烷化反应的影响。研究结果表明，提高反应温度和压力有利于提高CO₂甲烷化反应速率和生产效率，但在相同装填量的催化剂床层CO₂的出口转化率降低。以Al₂O₃为载体的Ni催化剂，在床层直径小于25 mm时，恒壁温条件下床层内外温差为3.1℃。综合热力学和动力学两方面的影响，以沼气为原料的CO₂甲烷化反应温度应以300～400℃为宜。在300℃,1.0 MPa的反应条件下，反应停留时间大于257.6 s可达到高于98%的CO₂转化率。     

合成气甲烷化反应积炭过程的热力学分析

建立了煤制替代天然气工艺中合成气甲烷化过程的热力学计算模型,并对该反应体系的10个反应进行了分析计算,得到了各组分的平衡组成和各反应的标准化学平衡常数.研究了反应温度、操作压力、原料气组分浓度和产品气循环比等对催化剂床层积炭的影响,发现容易导致积炭的热力学条件为550~800 ℃的反应温度和0.1~1.5 MPa的操作压力,且温度在700 ℃左右、操作压力低于1.0 MPa时催化剂床层积炭量最大.本研究针对催化剂床层积炭规律提出了低温、相对高压、合理的原料气组成是有利于缓解催化剂床层积炭、提高产品收率及保持催化剂活性的优化反应操作条件.     

氧化锌催化二苯甲烷二氨基甲酸甲酯分解反应

 对氧化锌催化二苯甲烷二氨基甲酸甲酯(MDC)分解制二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)反应进行了研究,考察了反应温度、反应时间、催化剂用量以及原料浓度等对反应的影响. 结果表明,适宜的反应条件为催化剂用量2.1%, MDC浓度3.5%, 反应温度260 ℃, 反应时间20～30 min, 此时MDC转化率为99.5%, MDI产率为40.0%, 碳化二亚胺改性二苯甲烷二异氰酸酯(C-MDI)的产率为49.7%. 进一步研究发现,15%的醋酸锌溶液经草酸铵沉淀(不陈化)后,在500 ℃下焙烧4 h得到六方相的氧化锌,晶体的平均粒径为100～200 nm, 以其为催化剂时MDC转化率为99.1%, MDI的产率为52.1%, 同时还得到27.7%的 C-MDI.     

两段法甲烷催化氧化制合成气研究

提出了一种将甲烷低温催化燃烧和部分氧化相结合制取合成气的新方法 ,考察了反应条件对Pd Pt催化剂上的甲烷低温燃烧反应性能以及Ni-La2 O3 MgAl2 O4 -Al2 O3催化剂上甲烷催化氧化制合成气反应性能的影响。结果表明 :采用两个串联固定床反应器和分段进氧 ,不仅可以使反应原料偏离爆炸极限 ,确保过程的安全操作 ;而且一段反应器采用低温进料 ,通过少量甲烷催化燃烧 ,为二段反应提供含有少量CO2 、H2 O等氧化产物的反应原料。在二段反应器中 ,放热的甲烷部分氧化反应和吸热的蒸汽重整及CO2 重整反应同时进行 ,可避免催化剂床层飞温 ,使反应基本上在绝热恒温条件下进行 ,可用两个串联的固定床反应器实现甲烷部分氧化制合成气反应。在适合的反应条件下 ,甲烷转化率可达 93% ,H2 和CO选择性分别为 97%和 98%。     

甲烷在褐煤煤焦上的裂解反应研究

采用石英管固定床反应器,分别考察了不同温度（1123K、1173K、1223K、1273K）及不同浓度（10%、15%、20%）下,甲烷在褐煤煤焦上的裂解反应。结果表明,褐煤煤焦对甲烷裂解反应具有良好的催化活性,在所考察温度范围内,甲烷的初始转化率最高达99.5%,温度越高,甲烷的初始转化率越高;但随着反应的进行,转化率逐渐降低;甲烷进气浓度越高,初始转化率越低,而且催化剂失活也越快。反应前后煤焦电镜扫描照片及物性参数的比较表明,甲烷裂解生成炭沉积在煤焦表面,导致煤焦比表面积随反应的进行逐渐降低,与甲烷裂解转化率的变化趋势一致;反应后煤焦的孔容及微孔容都有所降低,平均孔径增大,说明甲烷的裂解生成炭造成了煤焦孔道尤其是微孔的堵塞,比表面积减小,导致了甲烷的转化率降低。     

甲烷在MoO3/HZSM-5分子筛催化剂上的非氧催化转化

研究了反应温度、空速、Ｍｏ担载量和焙温度对ＭｏＯ３／ＨＺＳＭ－５催化剂上甲烷的芳构化反应的影响。ＨＺＳＭ－５分子筛的Ｂｒｏｎｓｔｅｄ酸性、孔道结构和Ｍｏ在分子筛中的分布是影响催化性能的重要因素，ＨＺＳＭ－５上Ｍｏ担载量为２－３％时活性最佳，在１０１３Ｋ反应温度下甲烷转化率可达９％，芳烃选择性大于９０％，空速影响的实验表明乙烯明反应的初始产物，在此基础上提出了“甲烷酸助异裂活化”的新概念、“金属相类     

催化剂制备条件对碳纳米管的影响

用柠檬酸络合法制备的Ni-La-Mg型催化剂催化裂解甲烷合成碳纳米管，并通过测定活性镍表面积研究了催化剂制备过程中柠檬酸浓度及活化温度对碳纳米管生成的影响，TEM测定结果表明，经凝胶自燃烧产生的催化剂，可通过改变柠檬酸的浓度来制得不同粒径的催化剂颗粒，从而获得一定管径的碳纳米管，另外，在500－700℃内，活化温度对催化剂活性影响不大，只有在较低或较高温度时对活性才有较大的影响。     

甲烷在含镓沸石（MFI）上无氧活化性能的研究

采用水热法合成了不同Ｓｉ／Ａｌ、Ｓｉ／Ｇａ比的含镍分子筛，催化反应活性表征结果表明，地丙烷芳构化反应具有良好催化活性的含镍分子。没有显示出任何催化甲烷芳构化反应的特性；ＭｏＯ３作为添加组分显著地改变了催化剂的反应性能，３％ＭｏＯ３负载的含Ｇａ分子筛，在９７３Ｋ温度给出了约６％甲烷转化率和大于８０％的芳烃选择性，与ＺＳＭ－５相比，城相同的ＭｏＯ３担载条件下，含Ｇａ分子筛催化剂甲烷芳构化活性较低，但是     

甲烷氧化偶联Na2WO4-Mn/SiO2催化剂热效应的研究

采用固定床微型反应装置,研究了甲烷氧化偶联反应过程中Na2WO4-Mn/S iO2催化剂床层的热效应和催化性能的关系,考察了反应炉温、CH4/O2比和反应气体空速对催化剂床层热点分布的影响.研究结果表明,甲烷氧化偶联催化剂床层的热效应强烈依赖于反应条件.反应炉温越高,CH4/O2比越低,反应气体空速越大,催化剂床层的热点温度越高.结合催化性能和热效应关系的研究,为优化甲烷氧化偶联的反应操作提供了实验依据.     

新型La2CuMnO6和LaMnO3催化剂的甲烷燃烧催化性能比较

采用溶胶-凝胶法在空气气氛下于1100 ℃焙烧3 h后制备了一种新型单相稀土双层钙钛矿催化材料La2CuMnO6, 测试了其甲烷催化燃烧反应性能. 该化合物对甲烷催化燃烧反应表现出较好的催化活性, 起燃温度(T10)和完全转化温度(T90)分别为437.5和649.2 ℃, 在相同条件下与稀土单层钙钛矿型催化剂LaMnO3相比, 其T10和T90分别降低了53.1和116.5 ℃. XPS结果显示, La2CuMnO6氧空位浓度相对较大, 此外, La2CuMnO6与LaMnO3相比, 其TPR谱、SEM、TEM和磁性明显不同, 并与其甲烷催化燃烧活性有一定的对应关系.     

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。     

氧化铈负载CuO催化材料对甲烷燃烧的催化作用

以甲烷催化燃烧为目标反应, 考察了CuO/CeO2催化材料的催化活性, 研究了催化材料中铜含量, 制备方法及焙烧温度对催化活性的影响. 结果表明, CuO/CeO2催化材料对甲烷燃烧反应呈现出较高催化活性, 适当温度下焙烧催化剂有利于提高催化剂的催化活性. 随着催化剂中氧化铜含量的改变, 甲烷完全燃烧的温度改变较大. 对于浸渍法样品, 当CuO% (质量分数)>13.0% 时, 复合物本体有CuO晶相出现, 而不是以高分散形式分布在复合物表面, 导致催化活性下降, 完全燃烧温度升高. 最佳CuO含量CuO% 约为8.0%.