Thermodynamics of carbonyl sulfide poisoning on F-T synthesis catalyst

利用热力学基础数据和相关软件对F-T合成催化剂COS中毒的热力学进行了计算.在热力学上,Ru、Fe、Co的COS中毒在F-T合成反应可以发生的条件下均是自发过程.F-T合成反应体系中10-9级的COS即可使Ru基催化剂中的金属Ru生成RuS2而中毒.Fe和Co毒化后生成的硫化物种类较多,对反应的热力学计算结果表明,对于不同的反应,其平衡常数的差异很大,对应中毒反应发生时,所需COS的浓度也不同.由于Fe基F-T合成催化剂活性相的复杂性,利用对催化剂相关性质的修饰开发具有一定抗硫性的铁基F-T合成催化剂是可行的;对于Co催化剂,利用F-T合成的反应特点和催化剂改性开发具有一定抗硫性催化剂也是可能的.     

铁基催化剂在COx加氢制高附加值烃反应中的应用

化石燃料的广泛使用导致大气中CO₂的排放量急剧增加,进而引起全球变暖和海洋酸化等一系列问题.CO加氢(费托合成)反应是利用非石油来源的原料生产液体燃料和化学品的一种重要途径.同时,利用可再生的H₂将CO₂转化为高附加值的产品有利于减少对化石燃料的依赖,减轻由于大气中CO₂浓度过高带来的负面影响.开发新型、高效、稳定的催化剂是费托合成和CO₂加氢制高附加值烃的关键因素之一.Fe基、Co基和Ru基催化剂是费托合成中常用的催化剂.而在CO₂加氢反应中,Co基和Ru基催化剂上主要发生甲烷化反应,几乎没有长链烃生成.Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应中均表现出优异的催化生成长链烃性能.同时,Fe储量丰富和价格便宜的特点也促进Fe基催化剂在两个反应中的广泛应用.一般认为,在Fe基催化剂上CO₂通过逆水煤气变换反应生成CO,CO通过费托合成反应继续加氢生成烃类.因此,CO₂加氢反应和费托合成反应有相似之处,同时也有较大的区别.本文从活性相、助剂和载体的角度综述了各组分在Fe基催化剂催化CO/CO₂加氢反应中的作用,总结了其中的区别与联系.催化剂在反应中会发生复杂的相变过程,形成多种铁物种;其中,碳化铁(χ-Fe₅C₂,ε-Fe₂C,Fe₇C₃和θ-Fe₃C)在费托合成反应中是C-C偶联的活性相,但对于θ-Fe₃C现还存在一些争议.在CO₂加氢反应中Fe₃O₄催化逆水煤气变换反应,碳化铁催化CO加氢反应.金属助剂对CO/CO₂加氢反应的促进作用较为相似,在两个反应中碱金属的促进作用最为明显.费托合成反应对载体有较强的适应性,而CO₂加氢反应对载体敏感性较强,Al₂O₃,ZrO₂和碳材料载体效果较好.本文还总结了近些年来基于对活性相、助剂和载体的深入理解设计制备的一些新型催化剂及其在费托合成和CO₂加氢反应中的应用,包括具有新颖结构的催化剂、金属-有机骨架衍生催化剂以及与沸石分子筛结合的双功能催化剂.最后,还分析了目前Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应应用中所面临的问题和挑战,并对未来的发展趋势进行了展望.     

铁基催化剂在COx加氢制高附加值烃反应中的应用

化石燃料的广泛使用导致大气中CO₂的排放量急剧增加,进而引起全球变暖和海洋酸化等一系列问题.CO加氢(费托合成)反应是利用非石油来源的原料生产液体燃料和化学品的一种重要途径.同时,利用可再生的H₂将CO₂转化为高附加值的产品有利于减少对化石燃料的依赖,减轻由于大气中CO₂浓度过高带来的负面影响.开发新型、高效、稳定的催化剂是费托合成和CO₂加氢制高附加值烃的关键因素之一.Fe基、Co基和Ru基催化剂是费托合成中常用的催化剂.而在CO₂加氢反应中,Co基和Ru基催化剂上主要发生甲烷化反应,几乎没有长链烃生成.Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应中均表现出优异的催化生成长链烃性能.同时,Fe储量丰富和价格便宜的特点也促进Fe基催化剂在两个反应中的广泛应用.一般认为,在Fe基催化剂上CO₂通过逆水煤气变换反应生成CO,CO通过费托合成反应继续加氢生成烃类.因此,CO₂加氢反应和费托合成反应有相似之处,同时也有较大的区别.本文从活性相、助剂和载体的角度综述了各组分在Fe基催化剂催化CO/CO₂加氢反应中的作用,总结了其中的区别与联系.催化剂在反应中会发生复杂的相变过程,形成多种铁物种;其中,碳化铁(χ-Fe₅C₂,ε-Fe₂C,Fe₇C₃和θ-Fe₃C)在费托合成反应中是C-C偶联的活性相,但对于θ-Fe₃C现还存在一些争议.在CO₂加氢反应中Fe₃O₄催化逆水煤气变换反应,碳化铁催化CO加氢反应.金属助剂对CO/CO₂加氢反应的促进作用较为相似,在两个反应中碱金属的促进作用最为明显.费托合成反应对载体有较强的适应性,而CO₂加氢反应对载体敏感性较强,Al₂O₃,ZrO₂和碳材料载体效果较好.本文还总结了近些年来基于对活性相、助剂和载体的深入理解设计制备的一些新型催化剂及其在费托合成和CO₂加氢反应中的应用,包括具有新颖结构的催化剂、金属-有机骨架衍生催化剂以及与沸石分子筛结合的双功能催化剂.最后,还分析了目前Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应应用中所面临的问题和挑战,并对未来的发展趋势进行了展望.     

元素掺杂提高低温选择性催化还原法催化剂抗水抗硫性研究

H2O和SO2是烟气中的固有成分,而低温选择性催化还原法（LT-SCR）催化剂易受烟气中H2O和SO2中毒。元素掺杂改性是最有效的提高SCR催化剂抗水、抗硫性方法之一。本文介绍了元素掺杂改性提高Mn基、V基、Ce基、Fe基等低温SCR催化剂抗水、抗硫性方法,以及理论计算在抗水、抗硫低温脱硝催化剂设计中的应用。研究结果为提高低温SCR催化剂抗水、抗硫性优化设计及构建提供理论基础。     

Ru和Cu助剂对费托合成Fe基催化剂反应性能的影响

研究了Ru和Cu助剂对无K的费托(F-T)合成Fe基催化剂的织构性质、物相结构、还原和碳化行为的影响.在n(H2)/n(CO)=2.0,t=260℃,P=1.5MPa和GHSV=2000h-1的条件下,采用固定床反应器考察了Ru,Cu助剂对Fe基催化剂费托合成反应性能的影响.采用低温N2物理吸附、X射线衍射、穆斯堡尔谱...     

载体效应对Ru催化剂F-T反应性能的影响

采用浸渍法将Ru负载于SiO₂、Al₂O₃和Beta分子筛制备了不同载体的Ru基F-T合成催化剂。通过N₂-物理吸附、XRD、NH₃-TPD、H₂-TPR、H₂-TPD、XPS和CO-DRIFTS等表征方法对不同催化剂的织构、物相、酸性、还原性质、吸附性能和电子状态信息进行了考察,并对不同载体催化剂的F-T反应性能及产物分布进行了研究。结果表明,不同载体Ru基催化剂在金属分散度、还原性质、对氢气吸附性能和电子状态等方面均存在较大差异。其中,酸性较弱的Ru/SiO₂催化剂具有较弱的金属载体相互作用、较小的颗粒粒径和较高的电子密度,同时该催化剂的Ru金属平台位点较多,导致其在F-T反应过程中表现较好的反应稳定性,其产物以重质烃为主,CH₄和轻质烃选择性较低。     

钌基催化剂催化的气固相反应

催化剂被广泛应用于各种化学品的生产,从原子尺度了解整个催化反应体系有利于合理设计新型催化剂.参与气固相反应的催化剂主要有贵金属催化剂和过渡金属催化剂.近年来, Ru基催化剂由于在低温低压下表现出良好的催化活性而广泛应用于一些气固相反应.本文对 Ru的基本性质、氧化行为以及 Ru基催化剂的理论研究进行综述.介绍了钌基催化剂参与的气固相反应,包括挥发性有机物的催化氧化、一氧化碳优先氧化(PROX)、氨合成、氯化氢氧化以及甲烷部分氧化,分析了催化性能与理化性质之间的构效关系,提出了钌基催化剂在相关反应中存在的问题以及未来发展趋势. Ru具有多种氧化态,在 Ru基催化剂参与的气固相反应中,金属 Ru和/或 RuO2被认为是活性物种,通常反应温度在400oC以下. Ru (0001)晶面在 O2存在条件下,随着氧气含量的不同会从中间态过渡到氧化态,实验证明该晶面属于 RuO2.理论研究证实了在反应过程中 RuO2的存在,并提出了核壳结构,对于其它气固相反应的机理研究有一定启发.挥发性有机物(VOC)的催化氧化主要集中烷烃、烯烃、芳烃以及卤代烃的催化氧化,催化剂的理化性质包括颗粒粒径、价态和晶体结构等对催化活性有很大影响,并且 Ru基催化剂对卤代烃的催化氧化表现出良好的抗卤性,同时多卤代副产物低于其它贵金属体系. Ru基催化剂在低温条件下对 PROX具有高的活性和选择性,并且可以有效抑制 H2氧化、CO甲烷化和CO2甲烷化等副反应发生.氨合成的难点在于 N≡N具有很强的解离能,许多研究表明,氨合成使用的 Ru基催化剂的催化性能与载体性质密切相关, Ru与载体之间强的相互作用使得电子可以迅速地从载体转移到 Ru颗粒上,掺杂其它有效元素可能会提供更多的氧空位和有效防止高温焙烧导致催化剂烧结.对于 HCl氧化虽然研究较少,但是 Over等人对 HCl氧化机理进行了深入研究,并且日本住友化工设计的 Ru基催化剂已经商业化. Ru基催化剂可以有效降低甲烷部分氧化的反应温度和压力,并具有高的选择性和稳定性,避免副产物生成.现有催化系统以及新型催化剂开发仍面临诸多挑战,例如：对于单一 VOC氧化过程和多元 VOCs催化氧化的机理和动力学需要进一步研究;对于氨合成需要寻求具有高电导率的载体,从而将电子快速转移到 Ru颗粒表面,使得氨合成在更低温度下进行;为了避免副产物生成,需确保新型 Ru基催化剂上PROX和甲烷部分氧化在低温低压条件下进行; Ru基催化剂理化性质对活性的影响以及失活等问题需要进一步研究.     

钌基催化剂催化的气固相反应（英文）

催化剂被广泛应用于各种化学品的生产,从原子尺度了解整个催化反应体系有利于合理设计新型催化剂.参与气固相反应的催化剂主要有贵金属催化剂和过渡金属催化剂.近年来,Ru基催化剂由于在低温低压下表现出良好的催化活性而广泛应用于一些气固相反应.本文对Ru的基本性质、氧化行为以及Ru基催化剂的理论研究进行综述.介绍了钌基催化剂参与的气固相反应,包括挥发性有机物的催化氧化、一氧化碳优先氧化(PROX)、氨合成、氯化氢氧化以及甲烷部分氧化,分析了催化性能与理化性质之间的构效关系,提出了钌基催化剂在相关反应中存在的问题以及未来发展趋势.Ru具有多种氧化态,在Ru基催化剂参与的气固相反应中,金属Ru和/或RuO_2被认为是活性物种,通常反应温度在400oC以下.Ru(0001)晶面在O_2存在条件下,随着氧气含量的不同会从中间态过渡到氧化态,实验证明该晶面属于RuO_2.理论研究证实了在反应过程中RuO_2的存在,并提出了核壳结构,对于其它气固相反应的机理研究有一定启发.挥发性有机物(VOC)的催化氧化主要集中烷烃、烯烃、芳烃以及卤代烃的催化氧化,催化剂的理化性质包括颗粒粒径、价态和晶体结构等对催化活性有很大影响,并且Ru基催化剂对卤代烃的催化氧化表现出良好的抗卤性,同时多卤代副产物低于其它贵金属体系.Ru基催化剂在低温条件下对PROX具有高的活性和选择性,并且可以有效抑制H_2氧化、CO甲烷化和CO_2甲烷化等副反应发生.氨合成的难点在于N≡N具有很强的解离能,许多研究表明,氨合成使用的Ru基催化剂的催化性能与载体性质密切相关,Ru与载体之间强的相互作用使得电子可以迅速地从载体转移到Ru颗粒上,掺杂其它有效元素可能会提供更多的氧空位和有效防止高温焙烧导致催化剂烧结.对于HCl氧化虽然研究较少,但是Over等人对HCl氧化机理进行了深入研究,并且日本住友化工设计的Ru基催化剂已经商业化.Ru基催化剂可以有效降低甲烷部分氧化的反应温度和压力,并具有高的选择性和稳定性,避免副产物生成.现有催化系统以及新型催化剂开发仍面临诸多挑战,例如:对于单一VOC氧化过程和多元VOCs催化氧化的机理和动力学需要进一步研究;对于氨合成需要寻求具有高电导率的载体,从而将电子快速转移到Ru颗粒表面,使得氨合成在更低温度下进行;为了避免副产物生成,需确保新型Ru基催化剂上PROX和甲烷部分氧化在低温低压条件下进行;Ru基催化剂理化性质对活性的影响以及失活等问题需要进一步研究.     

费-托合成Fe1-xO基熔铁催化剂的研究

 采用高温熔融法制备了用于费-托合成的Fe1-xO基熔铁催化剂,考察了其在n(H2)/n(CO)=2,温度573 K,压力1.4 MPa和空速为12?600 h-1下的催化性能. 结果表明,与Fe3O4基熔铁催化剂相比,Fe1-xO基熔铁催化剂具有较高的催化F-T合成反应的活性、较低的WGS反应选择性和较强的加氢能力. XRD结果表明,经F-T反应后的熔铁催化剂存在Fe5C2和Fe3O4两种物相,但Fe1-xO基熔铁催化剂中Fe5C2的晶粒尺寸小于Fe3O4基熔铁催化剂中Fe5C2的晶粒尺寸.     

硫对F—T合成反应的影响

本文综述了硫对Co、Ni、Fe、Mo催化剂F—T合成反应性能的影响。不同硫中毒方式对催化剂性能影响结果有所不同。催化剂中少量硫的引入对催化剂活性影响较小,而对某些催化剂其活性甚至增加。但当催化剂中硫含量超过某一值时,催化剂的活性明显降低。不同催化剂的抗硫能力与其组成、还原方式及反应条件等多种因素有关。     

Influence of Gas Components on the Formation of Carbonyl Sulfide over Water-Gas Shift Catalyst B303Q

Water-gas shift reaction catalyst at lower temperature (200—400℃) may improve the conversion of carbon monoxide. But carbonyl sulfide was found to be present over the sulfided cobalt-molybdenum/alumina catalyst for water-gas shift reaction. The influences of temperature, space velocity, and gas components on the formation of carbonyl sulfide over sulfided cobalt-molybdenum/alumina catalyst B303Q at 200—400℃were studied in a tubular fixed-bed quartz-glass reactor under simulated water-gas shift conditions. The experimental results showed that the yield of carbonyl sulfide over B303Q catalyst reached a maximum at 220℃with the increase in temperature, sharply decreased with the increase in space velocity and the content of water vapor, increased with the increase in the content of carbon monoxide and carbon dioxide, and its yield increased and then reached a stable value with the increase in the content of hydrogen and hydrogen sulfide. The formation mechanism of carbonyl sulfide over B303Q catalyst at 200—400℃was discussed on the basis of how these factors influence the formation of COS. The yield of carbonyl sulfide over B303Q catalyst at 200-400℃was the combined result of two reactions, that is, COS was first produced by the reaction of carbon monoxide with hydrogen sulfide, and then the as-produced COS was converted to hydrogen sulfide and carbon dioxide by hydrolysis. The mechanism of COS formation is assumed as follows: sulfur atoms in the Co9S8-MOS2/Al2O3 crystal lattice were easily removed and formed carbonyl sulfide with CO, and then hydrogen sulfide in the water-gas shift gas reacted with the crystal lattice oxygen atoms in CoO-MoO3/Al2O3 to form Co9S8-MoS2/Al2O3. This mechanism for the formation of COS over water-gas shift catalyst B303Q is in accordance with the Mars-Van Krevelen's redox mechanism over metal sulfide.     

Ni基双金属催化剂加氢脱氧性能的研究

考察了Ni-M/γ-Al2O3（M＝Co、Cu、Fe、La）双金属催化剂对醇、酸、酮有机含氧化合物（丁醇、丁酸、丁酮）的加氢脱氧性能,并对其中间产物进行了考察。通过TPR、XRD表征手段对Ni基催化剂的还原性能、表面分散度等特性进行了研究。结果表明,Ni基催化剂中第二活性组分相对不同有机含氧化合物表现出不同的加氢活性和选择性。对于丁酸,在Ni基催化剂中加入Fe表现出较好的活性;对于丁醇,加入La有较好的加氢脱氧性能;而对于丁酮,加入Cu更有利于提高催化剂的脱除性能。醇和酯是有机酸在Ni/γ-Al2O3催化剂上加氢转化的中间产物。     

Conversion of synthesis gas into alcohols on supported cobalt-molybdenum sulfide catalysts promoted with potassium

The use of transition metal sulfides as catalysts for the synthesis of alcohols can solve the problem of catalyst resistance to sulfur. Catalysts based on molybdenum sulfide of different compositions (promoted with Co and K) were synthesized with the use of various supports (aluminum oxide, aluminum oxide modified with silicon oxide, Sibunit, and titanium silicate) and tested in the reactions of alcohol synthesis and the hydrofining of a mixture of thiophene with n-1-hexene. The dependence of catalyst activity in the synthesis of alcohols on support pore size was demonstrated. It was found that an increase in the potassium content of the active phase of a catalyst increased its activity in the synthesis of alcohols and decreased it in hydrodesulfurization and hydrogenation reactions. Transmission electron microscopy data made it possible to quantitatively evaluate the effect of a potassium additive on the morphology of the active phase; the hypothesis that potassium was intercalated between the layers of molybdenum sulfide was proposed.     

COS对FT合成催化性能的影响

在５２４Ｋ、２．３１ＭＰａ和１８４５ｈ＾－１条件下，考察了合成气（Ｈ２／ＣＯ＝２．１）中ＣＯＳ浓度分别为５１．４、１２８．８、１６２．７和２４５．６ｐｐｍ对Ｆｅ－Ｃｕ－Ｋ工业催化剂ＦＴ合成催化性能的影响。实验表明，催化剂预先中毒比在线中毒速度快。大颗粒催化剂的抗硫能力比小颗粒催化剂强。催化剂ＦＴ合成失活速率与ＣＯＳ浓度有关，即高浓度条件下，催化剂的失活速率快。当温度为５２４Ｋ时，催化剂的失活速率最     

F-T组分改性KCuZrO2催化剂上CO加氢合成异丁醇的性能研究

采用共沉淀法分别制备了不同F-T组分(Fe、Co、Ni)改性的KCuZrO_2催化剂,并用于催化CO加氢合成异丁醇。通过BET、XRD、TEM、XPS、H_2-TPR、CO-TPD以及in-situ DRIFTS对催化剂进行了表征。结果显示,F-T组分的加入促进了乙醇和丙醇的形成,但是对异丁醇选择性影响不同。结果表明,Fe促进了催化剂中各组分的分散,活性组分Cu在催化剂表面发生了富集,提高了H_2/CO活化吸附;另外,KFeCuZrO_2的催化剂表面含有较多的C1物种,有利于乙醇和丙醇进一步发生β-加成反应得到异丁醇,而Co和Ni改性的催化剂上缺少足够的C1物种,因此,异丁醇的选择性并未明显增加。Co的引入对催化剂结构以及Cu的分散影响不大,但是Co改性后催化剂性能有所下降,其原因是催化剂发生了失活; Ni添加后催化剂比表面积有所减小,且催化剂表面Cu/Zr物质的量比也降低到0. 19,催化剂粒径增大,Cu-Zr之间相互作用减弱,异丁醇选择性降低。     

F—T合成Fe—Mn超细粒子催化剂的表面结构

本工作利用XPS研究了用于F-T合成的加K助剂的Fe-Mn超细粒子催化剂的表面结构,考察了制备方法和预处理条件对催化剂表面结构的影响。在合成气处理条件下,伴随着Mn向表面迁移并产生富集。催化剂表面显著富K;适当的Mmt和富集有利于提高低碳烯烃选择性,同时活性不会明显降低。催化剂还原可以用“内还原模型”来描述,依还原程度不同。表面形成不同的Fe~3+、Fe~(?)、Fe_3O_4、x-Fe(?)C(?)、Mn~(3+)、Mn~(3+)的混合物,Mn的加入促进了表面铁物种的还原与碳化,合成气氛下,催化剂表面形成了三种不同的表面碳物种:烃类碳、石墨型碳(284.6eV)以及碳化物碳(283.2eV)。     

C207联醇催化剂的羰基硫中毒研究

以常压甲醇分解反应为基础实验测定了不同羰基硫含量和不同反应温度下甲醇合成铜基催化剂活性随时间的变化。结果表明，羰基硫含量增加时；失活速率增快；反应温度升高时，失活速率也加快。羰基硫中毒前后催化剂样品的ＸＲＤ谱图证实了起催化作用的活性组分为Ｃｕ＾＋／ＺｎＯ。应用改进的高斯－牛顿法对失活实验数据进行参数估值，获得了Ｃ２０７铜基催化剂羰基硫中毒的失活速率方程。     

STUDY ON XPS OF IRON CATALYSTS

IntroduCtioniron-basedcatalystSareactiveinformingliquidfuelsfromthehydrogenationofCO[l~6].However,itiswellknownthatthepoisoningofironcatalystsespeciallythesulfurandoXygenisoneofthemostseriousdeactivationproblemsincommercialproduCtionofsubstitUtenatUralgas…     

CS2与大气颗粒物的多相催化反应研究

利用原位FTIR,XRD,XPS,BET,质谱和连续微量反应等手段研究了大气颗粒物及部分氧化物样品上CS₂多相催化反应,确认了反应产物,并对催化剂的晶化状况和比表面积等进行了考察.结果表明,CS₂在氧化物和大气颗粒物样品上发生氧化反应,生成COS及单质硫,部分样品上生成CO₂,活化状态下的[S]在大气颗粒物表面上能被进一步氧化为六价态硫.收集所得到的大气颗粒物样品成分主要是Ca(Al₂Si₂O₈)·4H₂O;CS₂在氧化物或大气颗粒物样品上催化生成COS是催化剂表面吸附氧的作用之故.