ZrO_2在Cu-ZnO-ZrO_2甲醇水蒸汽重整制氢催化剂中的作用

通过对一系列Cu-ZnO-ZrO2甲醇水蒸汽重整(SRM)催化剂的XRD、TEM和BET表征及催化性能测定,研究催化剂中ZrO2对催化剂粒径、比表面以及对SRM反应性能的影响.结果表明,ZrO2的加入,使催化剂的粒径从15nm降至10nm(其中CuO和ZnO的平均粒径分别从7.7和10.4nm降至3.9和8.7nm),BET比表面从60m2·g-1增至78m2·g-1.随着催化剂含ZrO2量不同,甲醇的转化率和H2、CO2的选择性均产生变化,当催化剂中Zr含量为24.0%(w),反应温度为220℃,水、醇摩尔比为1.3时,甲醇的转化率达到51.6%,H2和CO2的选择性达到100%(CO和CH4在产物气体中的体积分数小于10-4),这一结果对甲醇燃料电池甲醇重整器的应用具有重要的意义.     

Cu-Zn-Zr/SBA-15介孔催化剂的制备及CO2加氢合成甲醇的催化性能

以具有骨架结构的SBA-15介孔分子筛为载体,采用浸渍法合成了具有高比表面积、不同金属氧化物含量的Cu-Zn-Zr介孔催化剂CZZx/SBA-15(x=0.3,0.4,0.5,0.6).采用N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO2吸附(CO2-TPD)和透射电子显微镜(TEM)等手段对样品进行了表征.在固定床反应器上评价了其CO2加氢合成甲醇的催化性能.实验结果表明,CZZx/SBA-15催化剂具有介孔结构,负载的Cu O,Zn O和Zr O2能够很好地分散在表面,并且负载氧化物晶粒尺寸不同.催化剂的铜比表面积SCu与甲醇催化活性呈近似线性关系,其中CZZ0.4/SBA-15催化剂表现出最大甲醇选择性(54.32%),与CZZ相比,甲醇选择性增加24.85%.随着金属氧化物负载量的增大,催化剂比表面积和SCu明显减小,甲醇选择性与收率也相应减小,负载型CZZx/SBA-15催化剂表面结构对CO2加氢合成甲醇反应活性起关键作用.     

金属壁载PdZn/Al2O3/FeCrAl催化剂上甲醇水蒸气重整制氢

研究了金属壁载PdZn/Al2O3/FeCrAl催化剂在不锈钢平板式微型制氢反应器中对甲醇水蒸气重整制氢的催化性能.结果表明,在反应温度为350℃,甲醇GHSV=1·6L/(g·h),水/醇摩尔比为1·2时,甲醇转化率可达100%,H2选择性达99%以上,出口CO含量低于0·5%,同时催化剂具有很好的稳定性.     

反应条件对甲醇直接气相羰化反应的影响

在新研制的Mo C催化剂上 ,对甲醇直接气相羰化反应工艺条件与反应气中H2 的影响进行了研究 ,结果表明此新的Mo C催化剂初活性高 ,稳定性高。优化的工艺条件为 :反应温度 30 0℃ ,甲醇进料浓度 2 3% ,CO空速30 0 0L kgcat h ,此时甲醇转化率达 50 % ,醋酸甲酯选择性达 80 % (mol) ,产物时空收率为 8mol kgcat h ,已接近甲醇在有碘化物促进剂下间接气相羰化的水平。对反应气中H2 的影响研究表明 :H2 促进甲醇甲烷化反应 ,羰化产物选择性随H2 含量增加迅速下降 ,而且甲醇转化率也明显降低 ,H2 的影响是参与甲烷化反应 ,而没有引起催化剂失活 ,除去H2 后 ,催化剂活性很快恢复 ,其影响是可逆的。     

用于CO2或CO加氢合成甲醇过程的高活性Cu/ZnO/Al2O3纳米纤维催化剂

 采用特殊的共沉淀法制备了一种在CO2加氢和CO加氢过程中都具有很高活性的Cu/ZnO/Al2O3纳米纤维催化剂. 与商业催化剂相比,该催化剂的CO2和CO转化率、甲醇选择性和甲醇时空产率高很多. 该合成方法不需要有机试剂和复杂的过程,因此生产成本低,容易实现.     

ZnO-ZrO2固溶体催化剂上CO2高选择性加氢制甲醇

CO2引起的气候变化已引起全世界的关注,但同时CO2也是一种可持续的碳资源.将CO2转化为高附加值的燃料或化学品不仅可以解决CO2的问题,还可变废为宝得到有用的化学品.CO2加氢制甲醇是实现这一过程的理想选择之一,因为甲醇不仅是很好的燃料,还可转化得到烯烃、芳烃等高附加值化学品,需要强调的是整个过程所需的氢气是利用太阳能等可再生能源通过光催化、光电催化或电解水制氢得到.使用煤或天然气经合成气用CuZnOAl2O3催化剂合成甲醇已工业化50年左右,甲醇选择性可达99%,但该催化剂应用于CO2加氢制甲醇时,较强的逆水煤气变换副反应致使甲醇选择性只有60%左右,另外,反应生成的水会加速Cu基催化剂的失活.因此,开发新型高选择性催化体系显得尤为必要,世界上很多科学家展开了新型催化剂的研发,如Cu/ZnO/ZrO2,Pd/ZnO,"georgeite"Cu,Cu(Au)/CeOx/TiO2,Ni-Ga,MnOx/Co3O4催化剂等,但这几类催化剂体系上甲醇选择性都不超过60%,CO2加氢制甲醇选择性低的问题一直没有解决.近期,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士课题组开发了一种不同于传统金属催化剂的双金属固溶体氧化物催化剂ZnO-ZrO2,在近似工业条件下(5.0 MPa,24000 mL/(g h),H2/CO2=3/1~4/1,320~315oC),当CO2单程转化率超过10%时,甲醇选择性仍保持在90%左右,是目前同类研究中综合水平最好的结果.研究表明,该催化剂的固溶体结构特征提供了双活性中心反应位点,Zn和Zr,其中H2和CO2分别在Zn位和原子相邻的Zr位上活化,在CO2加氢过程中表现出了协同作用,从而可高选择性地生成甲醇.原位红外-质谱同位素实验及DFT理论计算结果表明,表面HCOO*和H3CO*是反应主要的活性中间物种.该催化剂反应连续运行500 h无失活现象,还具有极好的耐烧结稳定性和一定的抗硫能力,表现出了良好的工业应用前景.传统甲醇合成Cu基催化剂要求原料气含硫低于0.5 ppm,而该催化剂的抗硫能力无疑可使原料气净化成本大大降低,在工业应用方面表现出潜在的优势.     

不同改性组分对Cu-ZnO基催化剂低温甲醇合成性能的影响

通过共沉淀法制备了Al、Zr和Ce改性的Cu-ZnO基低温甲醇合成催化剂,采用氮气物理吸附、H2-TPR、CO2-TPD、N2O滴定、XRD和TEM等技术对其进行了表征,并考察了改性组分和煅烧温度对其在170℃下合成气制甲醇催化性能的影响。结果表明,经Zr改性的Cu-ZnO基催化剂,其低温甲醇合成性能较好;随着煅烧温度的降低,Cu在催化剂表面的分散度逐渐变大、颗粒逐渐变小,所得到的催化剂其活性也较高;其中,未经煅烧的Cu-ZnO/ZrO2催化剂的活性最佳,其甲醇时空产率为106.02 g/(kg·h),选择性达87.04%。     

镁改性HZSM-5对Cu-ZnO-Al2O3/HZSM-5催化合成气直接制二甲醚反应的影响

 采用浸渍法制备了一系列MgO改性的HZSM-5分子筛,并以MgO/HZSM-5为甲醇脱水催化剂与Cu-ZnO-Al2O3甲醇合成催化剂组成双功能催化剂,在连续流动加压固定床反应器上考察了其对合成气直接制二甲醚反应的催化性能. 结果表明,以适量MgO改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上,二甲醚选择性可高达64.8%,CO2和烃类副产物的选择性分别为30.2%和0.4%; 由未改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上,二甲醚选择性仅为49.1%,CO2和烃类副产物的选择性则分别高达37.1%和9.3%. 当MgO含量过高时,则CO转化率和二甲醚选择性均降低. 根据实验结果,提出了甲醇在MgO/HZSM-5上脱水的反应机理.     

甲醇在几种甲醇合成催化剂上的分解

本工作考察了甲醇在Cu-Zn-Al、Zn-Cr和Pd/Al_2O_3催化剂上的分解反应。所用的条件范围是:LHSV~(?)0.3—3.Gh~(-1),温度230—100℃,压力0.5—8.0MPa。各催化剂在各自适宜的条件下都有很好的甲醇分解活性,但选择性差别较大。Cu-Zn-Al催化剂上的主要付产物是甲酸甲酯,其产量随温度和接触时间的增加而迅速下降,具有中间产物的特征。Pd/Al_2O_3明显地催化甲醇脱水,二甲醚选择性达30%以上。Zn-Cr催化剂于375℃使用时,在本工作所用的压力和空速范围内可保持99%左右的甲醇转化率,其中(H_2+CO)选择性80%以上,H_2/CO比接近2.0,付产一部分二甲醚。在三种催化剂上,CH_4及CO_2产量都很少,其顺序是Pd/Al_2O_3>Zn-Cr>Cu-Zn-Al。最后还将实验结果与用化学计最法计算的选择性作了对照验证。     

羰基铁催化乙炔羰化合成丙烯酸甲酯的研究

通过对羰基金属催化乙炔羰基化反应的研究,发现羰基铁具有合成丙烯酸甲酯的催化活性.并分别考察了五羰基铁的用量、CO与C2H2的摩尔比、温度、初始压力等因素对反应的影响,进而,对Fe(CO)5催化反应的活性物种进行了推测.结果表明,以甲醇为溶剂,在140℃,CO压力为4.2 MPa、n(Fe(CO)5)/n(C2H2)=0.26条件下,单一的Fe(CO)5能够催化乙炔羰化,丙烯酸甲酯的选择性可达97%.其中,n(CO)/n(C2H2)值越高,产物丙烯酸甲酯的选择性越高.     

生物质合成气一步法合成LPG的实验研究

由生物质气化合成液体燃料(甲醇、二甲醇和低碳烃类),是理想的碳中性绿色燃料,将其用作城市交通和民用燃料,已经引起全世界的广泛关注.[1,2]     

Pt/Al2O3整体催化剂上选择性氧化脱除甲醇重整氢源中CO——副反应对CO脱除效果的影响分析

移动甲醇重整制氢是质子交换膜燃料电池（PEMFC）可行的供氢方式之一，包括水蒸气重整、部分氧化重整和自热重整。甲醇重整制氢方法不同，重整气体积组成在H245％～75％，CO215％～25％，CO1％～10％，H2O10％～20％和N20—20％变化。重整气进入PEMFC之前要经过CO水蒸气变换反应（如果采用水蒸气重整，不需要变换过程），     

两种甲醇水蒸气重整制氢催化剂的研究

对采用共沉淀法制备的CuZnAlO类铜系催化剂和采用水滑石类层柱材料（LDHs）前驱体制备的催化剂在甲醇水蒸气重整制氢反应中的性能进行了研究。对共沉淀法制备的CuZnAlO类铜系催化剂考察了ZrO2助剂的加入对催化剂反应性能的影响，发现Zr的质量分数为10％的催化剂显著提高CuZnAlO催化剂的反应性能。该催化剂的最佳反应条件：0.1 MPa、250 ℃、H2O/MeOH摩尔比1.0～1.3、3.56 h－1。在此反应条件下进行了COPZr2催化剂150 h稳定性实验。结果表明，该催化剂具有很好的反应稳定性。甲醇转化率和氢产率分别约为88％和83％，产物湿基组成中H2和CO的质量分数分别为>63％和0.20％～0.31％。对LDHs前驱体制备的催化剂，进行了70 h反应稳定性实验，结果表明，催化剂虽具有较高的起始活性，但随反应进行，活性有所下降，30?h后基本保持稳定，甲醇转化率和产氢率分别为73％和66％，产物湿基组成中H2和CO的质量分数分别为>55％和0.07%～0.08%。该类催化剂的反应稳定性虽较差，但却可以显著降低产物湿基组成中CO的摩尔分数。对LDHs前驱体制备的催化剂进行XRD和SEM表征结果表明，ZrO2的加入使催化剂中CuO晶粒分散更为均匀，颗粒更细。     

前驱体和沉淀剂浓度对CuO/ZnO/CeO2-ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了CuO/ZnO/CeO₂-ZrO₂甲醇水蒸气重整制氢催化剂,探讨了前驱体和沉淀剂浓度对催化剂性能的影响,并采用BET、XRD、H₂-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,前驱体和沉淀剂浓度对催化剂的结构和性能影响很大,当前驱体浓度为0.1mol/L,沉淀剂浓度为0.5mol/L时,所得催化剂CO选择性最小,催化活性最佳。在360h稳定实验中,甲醇最高转化率达100%,重整尾气中H₂含量保持在74.5%以上,CO含量低于0.8%,催化剂稳定性良好。     

Cu/Zn/Al/Mn催化剂上CO/CO2加氢合成甲醇特性研究

利用共沉淀法制备了四组分的Cu-Zn-Al-Mn和Cu-Zn-Al-Ce催化剂以及三组分的Cu-Zn-Al催化剂。利用组成H2/CO/CO2/N2=66/27/3/4(体积比)的富CO原料气对催化剂进行了活性评价，并研究了温度、压力和空速等反应条件对催化剂活性的影响。结果发现添加适量的锰助剂能显著提高催化剂的活性和热稳定性。利用SEM和XRD方法进行了催化剂的结构和形貌表征，同样表明锰助剂可以起到阻止CuO晶粒长大和促进CuO分散作用。利用富CO2的生物质原料气体积比为H2/CO/CO2/N2=50/25/20/5对Cu-Zn-Al-Mn催化剂进行的评价表明：Cu-Zn-Al-Mn催化剂上CO/CO2加氢合成甲醇的甲醇产率和选择性均有下降，在试验范围内，甲醇产率下降11％～25％，选择性为93％～95％。     

CH_4-H_2O-CO_2转化制取合成甲醇原料气的研究Ⅲ.镍催化剂活性降低原因的探讨

在变温床中考查了负载型镍催化剂用于ＣＨ４Ｈ２ＯＣＯ２转化制取合成气的活性与稳定性，该过程所制得的合成气勿需分离即可直接用于合成甲醇。本文对催化剂活性下降的原因用比表面、孔结构、ＸＲＤ和ＸＰＳ对不同反应时间的催化剂进行了对比分析，发现镍催化剂活性降低的原因是催化剂表面镍的大量流失。     

浆态床反应器中生物质合成气合成二甲醚的研究

进行了浆态床反应器中,甲醇合成催化剂与分子筛混合制复合催化剂上,生物质制取的合成气(简称生物质合成气)一步法合成二甲醚的研究,重点考察了不同脱水组分和工艺条件对催化剂反应性能的影响,同时,结合NH₃-TPD等手段对催化剂进行了表征。结果表明,含有较弱酸性SAPO-11分子筛的复合催化剂更适合生物质合成气原料气杂质多、氢碳比低的特点,在合成二甲醚反应中具有更高的选择性和稳定性。250℃、5 MPa、500 h^-1时,在甲醇催化剂与SAPO-11分子筛比例为3:1的复合催化剂上,合成气合成二甲醚反应35 h内,CO转化率稳定在40%以上,二甲醚在有机产品中的选择性保持在97%左右。     

Methanol Steam Reforming Reactions on CuZn（Zr）AlO Catalyst

The catalytic performances of methanol steam reforming reactions on CuZn(Zr)AlO catalysts were studied. When the ZrO2 promoter was added to a CuZnAlO catalyst, its methanol conversion, H2 production and H2 selectivity improved greatly. By using the (?)COPZr-2 catalyst as an example, which exhibited the best catalytic performance, the optimized reaction conditions were established to be:     

Syngas conversion beyond chemical equilibrium by in situ bimolecular reaction

An in situ bimolecular reaction, in which syngas is fed with toluene as a secondary reactant (hereafter Tol in situ methylation), was studied over bifunctional catalysts comprised of methanol synthesis catalyst and H-ZSM-5 in a fixed-bed down-flow reactor at 460 psig. When physically mixed with H-ZSM-5 to form bifunctional catalysts, CrZ_HZ (Cr₂O₃/ZnO + HZSM-5) catalyst showed much higher activity than CZA_HZ (CuO/ZnO/Al₂O₃ + H-ZSM-5) in the Tol in situ methylation, while CrZ catalyst exhibited substantially lower activity than CZA in methanol synthesis. CO conversion to methanol in the Tol in situ methylation was estimated by Bz in situ methylation. The CO conversion to methanol was calculated to be in the range of 11–27 %, while that in methanol synthesis over CrZ was about 5 % at most due to chemical equilibrium limitation. By employing a silicalite-coated H-ZSM-5 (Sil/HZ) in bifunctional catalyst, xylene selectivity and para-xylene yield were much improved in the Tol in situ methylation.     

STUDIES ON PREPARATION OF GAS FOR METHANOL SYNTHESIS BY METHANE REFORMING WITH STEAM AND CO_2 Ⅱ.ACTIVITY AND STABILITY OF SUPPORTED NICKEL CATALYSTS

lntroductionMethanolissynthesizedbyblendgasofCOandH2.FeedstockgasformethanolsynthesismustbeinlinewiththefollowingstoichiometricrelationtR=(H2-Co2)/(Co CO2)52Inaddition,thecontentofCo2shouldbelowerthan8%ll1.MethanereformingwithsteamandCO2canproducethequalifiedsynthesisgasformethanolsynthesisinindustry.ComParedwithtndtionalsteaInrefotheng,thefeedstocksynthsisgasproducedbymethanreformingwithsteamandCO2docsnotneedseparaingandcanbedirectlyusedinmethanolsynthesis.Therefore,thecostofmethanolca…