Mo/HZSM-5催化剂上甲烷无氧芳构化反应中积炭的研究

 对经过程序升温表面甲烷无氧芳构化反应后的Mo／HZSM－5催化剂上的积炭进行程序升温加氢反应和程序升温二氧化碳反应,并对相应的催化剂上的积炭进行程序升温氧化反应和热重实验,以研究催化剂上的不同积炭物种．结果表明,甲烷无氧芳构化反应后有两类烧炭峰,一类是低温烧炭峰,另一类是高温烧炭峰;H2主要对高温烧炭峰发生作用,对低温烧炭峰几乎没有影响;CO2可同时对两种烧炭峰产生影响．由此推论,甲烷在无氧条件下直接转化生成芳烃的反应过程中,沉积在Mo／HZSM－5催化剂上的积炭有三种形式,即：能够与H2反应的积炭,能够与CO2反应的积炭和可能以Mo2C形式存在的物种．     

Co改性Mo/MCM-22催化剂上甲烷无氧芳构化及积炭研究

 研究了Co的添加对Mo／MCM－22催化剂甲烷无氧芳构化反应性能的影响．发现用共浸渍法制备的Co／Mo摩尔比为0．2的催化剂具有较高的活性,而先浸渍Mo后浸渍Co的催化剂具有较好的稳定性．XRD实验表明,Co及Mo的氧化物均高度分散在分子筛表面,其担载降低了分子筛的衍射强度．不同接触时间下催化剂的反应结果表明,接触时间长,积炭选择性随接触时间增加而迅速增加;接触时间短,积炭选择性随接触时间增加而减少．积炭催化剂的TG研究表明,催化剂上的积炭主要有两种形式．低温积炭随反应时间增加而迅速增多,高温积炭的变化则较为缓慢．低温积炭可能是导致催化剂活化和失活的主要原因．高温积炭可能是一种大分子量的碳氢物种,位于MCM－22分子筛的“超笼”中,表明MCM－22有较大的容积炭能力．     

甲烷在Mo/HZSM-5催化剂上的脱氢聚合反应

对不同Mo含量的Mo／HZSM－5催化剂的结构进行了表征，并对这些催化剂的甲烷非氧气氛下的转化反应进行了考察．催化剂的BET比表面积及酸性随Mo含量的增加而降低，当Mo含量大于5％时，Mo对ZSM－5分子筛的晶型有影响，并出现MoO3物相．甲烷在700℃时可高选择性地生成苯和乙烯，最佳Mo含量大约为2％．纯的MoO3或HZSM－5上该反应几乎不进行，因此，可能是分散的钼氧离子和分子筛的酸中心是甲烷转化的活性中心，只有二者的协同作用才能促进甲烷的转化．反应后催化剂中的钼物种被还原了．催化剂上的积炭可能是催化剂失活的主要原因之一，烧炭后催化剂活性基本恢复．     

甲烷在Mo/HZSM-5催化剂上的脱氢聚合反应

对不同Mo含量的Mo／HZSM－5催化剂的结构进行了表征，并对这些催化剂的甲烷非氧气氛下的转化反应进行了考察．催化剂的BET比表面积及酸性随Mo含量的增加而降低，当Mo含量大于5％时，Mo对ZSM－5分子筛的晶型有影响，并出现MoO3物相．甲烷在700℃时可高选择性地生成苯和乙烯，最佳Mo含量大约为2％．纯的MoO3或HZSM－5上该反应几乎不进行，因此，可能是分散的钼氧离子和分子筛的酸中心是甲烷转化的活性中心，只有二者的协同作用才能促进甲烷的转化．反应后催化剂中的钼物种被还原了．催化剂上的积炭可能是催化剂失活的主要原因之一，烧炭后催化剂活性基本恢复．     

用于甲烷脱氢芳构化反应Mo基催化剂的研究

 通过对分子筛载体HZSM－5进行精密前处理，然后浸渍钼酸铵溶液和添加微量助剂Fe，分别制得催化剂Mo／HZSM－5（t）和Fe－Mo／HZSM－5（t），考察了它们对甲烷脱氢芳构化反应的催化性能．结果表明，在Mo／HZSM－5（t）催化剂上，反应5h后，甲烷的转化率可达11．4％，苯收率高于6．2％，在反应30h后，甲烷的转化率可达8．8％，苯收率高于5．3％，催化剂显示出较高的稳定性．微量助剂Fe的添加在保持催化剂稳定性的前提下进一步改善了催化剂的活性，使甲烷的转化率相对于Mo／HZSM－5（t）上的提高了18％，苯收率提高了52％．XRD和TPO测试表明活性组分Mo和助剂Fe高度分散于载体上或进入载体孔道中，载体的精密前处理及Fe的添加提高了催化剂的抗积炭能力，使得催化剂稳定性显著提高．     

不同方法制备的Mo/HZSM-5催化剂上甲烷的芳构化反应

 采用机械混合、机械混合后焙烧和机械混合后微波处理等方法制备Mo／HZSM－5催化剂,并对催化剂上甲烷芳构化反应性能进行了考察．结果表明,与浸渍法相比,用机械混合法、固相反应法和微波法制备的催化剂,在保持甲烷转化率不变的前提下,能明显提高芳烃选择性并减少积炭的生成;不同方法制备的Mo／HZSM－5催化剂上Mo物种的落位不同,机械混合法、固相反应法和微波法使Mo物种较多地落位于分子筛外表面．结合反应结果可以得出,落位于分子筛外表面的Mo物种对甲烷芳构化反应更为有利,而且明显减少积炭的生成．     

金属-载体相互作用对CH4/CO2重整反应中Rh基催化剂抗积炭性能的影响

考察了Rh/Al2O3,Rh/SiO2和Rh/CeO2催化剂上金属-载体间相互作用对CH4/CO2重整反应抗积炭性能的影响,并与反应前后催化剂的程序升温还原和程序升温氧化(TPO)测试结果相关联.实验发现,Rh与Al2O3和SiO2载体间的相互作用越强,催化剂还原后Rh的分散度越高,晶粒越小,高分散的Rh表面生成的碳物种CHx越多,其作为活泼的反应中间体越易与CO2反应生成CO和H2.而游离态的Rh还原后晶粒较大,生成的碳物种与CO2反应能力较低,从而导致催化剂失活.TPO和CO2脉冲实验结果表明,反应过程中Rh/CeO2催化剂上反应生成的CHx物种比Rh/Al2O3和Rh/SiO2上的CHx物种更活泼.同时由于Rh-CeO2间独特的相互作用,部分CeO2还原后生成CeO2-x和氧空位,促进CO2分子的活化解离,导致生成的表面氧容易与CHx反应,从而抑制催化剂积炭.     

Re/HZSM-5体系上的甲烷无氧芳构化反应

 与Mo／HZSM－5相比，Re／HZSM－5也是较好的甲烷无氧芳构化催\r\n化剂，其初活性较高，但随着反应的进行，催化剂失活的速率较快．通\r\n过NH3－TPD，H2－TPR和MASNMR等手段，对催化剂的酸性和分子筛骨架\r\n铝的变化以及铼物种的还原性能进行了研究．结果表明，催化剂酸性的\r\n在反应中起着重要的作用，但不同铼担载量的催化剂酸性的变化比较复\r\n杂，不同于Mo／HZSM－5体系．总的来看，并不是酸性越强或酸量越多\r\n，催化剂的催化性能就越好；催化剂的酸性和酸量都有一个最佳值．担\r\n载铼物种后，铼物种可与分子筛的骨架铝发生强烈的相互作用，最终导\r\n致骨架脱铝．Re／HZSM－5催化剂具有较高的低温活性，在较低温度下\r\n可被还原性气氛还原，且还原后的活性物种单一．     

Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应

 利用程序升温脱附、程序升温还原、程序升温表面反应、程序升温反应和化学捕获反应等手段，对Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应进行了研究．结果表明，Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气机理属于热解－氧化反应机理．甲烷首先在催化剂上发生解离吸附，产生具有不同H／C比的化学吸附物种CHx（x＝1～3）．其中，具有较高H／C比的CHx可能是甲烷部分氧化反应的活性物种，而具有较低H／C比的CHx可能是催化剂上积碳并导致催化剂失活的来源．活性物种CHx在活性氧物种的作用下，生成含氧中间体物种CHxO或继续脱氢．含氧中间体物种进一步分解，即生成CO和H2；CO2也可由CHx或CHxO物种进一步氧 化生成．     

Co助剂对甲烷脱氢芳构化反应中Mo/MCM-22催化剂积碳行为的影响

 甲烷在Co-Mo/MCM-22催化剂上进行无氧脱氢芳构化反应的评价结果表明,Co的添加大大提高了Mo/MCM-22催化剂的催化活性和稳定性. 采用程序升温表面加氢反应、程序升温表面二氧化碳反应和热重分析等方法对催化剂表面的积碳物种进行了表征. 结果表明,反应后的催化剂表面主要存在两种积碳物种,H2主要与高温峰对应的积碳发生反应,而CO2对高温峰对应的积碳和低温峰对应的积碳都产生影响. Co的添加对高温峰对应的积碳和低温峰对应的积碳都有明显的抑制作用.     

程序升温技术研究Mo/HZSM-5催化剂上甲烷无氧芳构化反应积炭的化学特性

对经过程序升温表面甲烷无氧芳构化反应(TPSR)后的Mo/HZSM-5催化剂上的积炭进行了程序升温加氢反应(TPH)和程序升温CO₂反应(TPCO₂),并对相应催化剂上的积炭进行了程序升温氧化反应(TPO)和热重(TG)实验.TPH实验及TPCO₂实验表明,H₂主要对高温烧炭峰发生作用.CO₂则可同时对这两种烧炭峰产生影响,对低温峰积炭的影响尤其明显.对不同Mo含量的催化剂进行上述实验的结果表明,Mo担载量的变化及不同的实验过程都会影响催化剂上两种温峰的积炭在总积炭量中所占的比例.由TG实验数据计算出的动力学结果说明,无论是TPH还是TPCO₂实验都可以降低烧炭过程的一级反应起始温度,并减少其活化能.此外,催化剂中Mo担载量的变化也会对开始温度和烧炭活化能产生明显影响.     

DEHYDROGENATION AND AROMATIZATION OF METHANE IN THE ABSENCE OF OXYGEN OVER DOPED Mo/HZSM-5 CATALYSTS

研究了在Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５催化剂上添加助剂以及不同的反应预处理温度对甲烷无氧脱氢芳构化反应的影响。实验结果表明，由于第二组分的添加，Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５催化剂的活性和选择性都得到了较大程度的改善。预处理温度是影响催化剂反应性能的关键因素。Ｍｏ－Ｒｕ／ＨＺＳＭ－５催化剂经过８７３Ｋ空气预处理后，甲烷在９７３Ｋ的转化率约为１０％，催化剂的稳定性也得到较大程度的提高。ＴＰＳＲ实验结果表明，Ｒｕ的加入降低了芳烃生成的温度。ＴＰＯ和ＤＴＡ实验结果表明，在Ｍｏ－Ｒｕ／ＨＺＳＭ－５催化剂上可生成较多的碳物种，结合反应结果，可以认为反应过程中生成的碳物种对甲烷的无氧脱氢芳构化反应是起积极作用的     

W掺杂对Mo/HZSM-5催化甲烷无氧芳构化性能的影响

采用浸渍法制备了Mo/HZSM-5、Mo-W/HZSM-5和W/HZSM-5三种催化剂。通过XRD、BET、Py-FTIR、H2-TPR、XPS、TEM、NH3-TPD、TPO、TG和Raman等技术对催化剂的物化性质进行表征,并考察其在甲烷无氧芳构化反应中的催化性能。结果表明,相比于Mo/HZSM-5,Mo-W/HZSM-5催化剂表现出更高的CH_4转化率、芳烃收率以及催化稳定性。H_2-TPR和XPS结果表明,Mo-W/HZSM-5中存在更易被还原为W~(4+)的正八面体(WO_6)~(n-)前驱体,反应过程中W4+的形成有助于提高CH_4转化率。同时,积炭表征结果表明,石墨型积炭是导致Mo/HZSM-5催化剂快速失活的主要原因,W掺杂可以抑制MoW/HZSM-5催化剂上石墨型积炭的形成,进而提高催化剂的稳定性。     

Effect of Dimethyl Ether Co-feed on Catalytic Performance of Methane Dehydroaromatization over Mo／HZSM-5 Catalyst

The effect of dimethyl ether (DME) co-feed on the catalytic performance of methane dehydroaxomatization (MDA) over 6Mo/HZSM-5 catalyst was investigated as a function of DME concentration under reaction conditions of T=1023 K, p=101 kPa and SV=1500 ml/(g.h). A high benzene yield wasobtained and the stability of the catalyst was improved by adding 1.5%DME to the CH4 feed. The C6H6 yield was as high as ca. 10% even after reaction for 6 h. The stability of the catalyst was further improved when DME concentration in the co-feed gas was increased to an appropriate value. TGA and TPO results of the used 6Mo/HZSM-5 catalyst showed that the amount of coke on the used catalyst was reduced and the chemical nature of the coke was changed. When 1.5%DME was added to the CH4 feed, the coke formed on the catalyst could be burned off more easily than that when only CH4 was used as reactant. It is supposed that the oxygen in DME may play a role in preventing the coke burnt off at lower temperature from transforming into the coke burnt off at higher temperature, which results in the improvement of the stability of the catalyst.     

Effects of CO2 content on the activity and stability of nickel catalyst supported on mesoporous nanocrystalline zirconia

The effects of carbon dioxide content on the catalytic performance and coke formation of nickel catalyst supported on mesoporous nanocrystalline zirconia with high surface area and pure tetragonal crystalline phase were investigated in methane reforming with carbon dioxide. The samples were characterized by XRD, BET, TPR, TPO, TPH, TEM, and SEM techniques. The catalyst prepared showed high surface area and a mesoporous structure with a narrow pore size distribution. The obtained results revealed that the increase in CO2 content increased the methane conversion and stability of the catalyst and significantly reduced the coke deposition. The TPH analysis showed that several species of carbon with different reactivities toward hydrogenation were deposited on the spent catalysts employed under different CO2 contents.     

Methane dehydroaromatization with periodic CH_4-H_2 switch:A promising process for aromatics and hydrogen

Long-term stability test of Mo/HZSM-5-N catalysts(HZSM-5-N stands for nano-sized HZSM-5) in methane dehydroaromatization(MDA)reaction has been performed with periodic CH4-H2 switch at 1033-1073 K for more than 1000 h.During this test,methane conversion ranges from 13% to 16%,and mean yield to aromatics(i.e.benzene and naphthalene) exceeds 10%.N2-physisorption,XRD,NMR and TPO measurements were performed for the used Mo/HZSM-5 catalysts and coke deposition,and the results revealed that the periodic hydrogenation can effectively suppress coke deposition by removing the inert aromatic-type coke,thus ensuring Mo/HZSM-5 partly maintained its activity even in the presence of large amount of coke deposition.The effect of zeolite particle size on the catalytic activity was also explored,and the results showed that the nano-sized zeolite with low diffusion resistance performed better.It is recognized that the size effect was enhanced by reaction time,and it became more remarkable in a long-term MDA reaction even at a low space velocity.     

HZSM-5在线提质生物油及催化剂失活机理分析

对不同使用时间的HZSM-5分子筛在线催化提质制取的生物油进行理化特性和成分分析,从生物油品质角度对HZSM-5的催化性能进行评价;并采用TG、BET、XRD、SEM和TEM等方法对失活的HZSM-5催化剂进行表征分析,探讨了HZSM-5催化提质生物油的失活机理,并进行再生研究。研究表明,HZSM-5分子筛可转化生物油中的酸类、醛类和酮类等"非期望"有机物,生成较多"期望"有机物,如酚类和芳烃类物质,降低生物油的氧含量及酸性,提高生物油的热值;HZSM-5使用80 min后,生物油品质明显变差,催化剂活性明显降低;失活催化剂上沉积的焦炭主要呈纤维状,同时,还存在少量石墨状焦炭,焦炭总量达14.12%,且使用过程中催化剂的比表面积和孔容均下降,晶粒的团聚现象加剧,结晶度下降;在催化提质过程中,在孔道内生成的石墨状焦炭及在表面形成的纤维状焦炭大量覆盖活性位点,使得催化剂失活。经550℃再生后,催化剂可恢复催化性能。     

Co-Mo/HZSM-5甲烷无氧芳构化催化剂上的积炭

 考察了Co－Mo／HZSM－5催化剂对甲烷芳构化反应的催化性能及催化剂上的积炭．采用碳数平衡计算法和TG法得出的平均积炭速率比较接近,在不同空速下,360min内,催化剂上的积炭量都接近5％．对烧炭TG曲线的分析结果表明,积炭量约为5％时,积炭能分散于分子筛表面．在高空速下,积炭容易沉积在分子筛的外表面;在低空速下,积炭容易沉积在分子筛的内表面．在空速3000ml／（g·h）下积炭时,其烧炭动力学过程符合一级反应过程,烧炭活化能为140．8kJ／mol．