Oxidative coupling of methane in a dual-bed reactor comprising of particle/cordierite monolithic catalysts

A dual-bed reactor was constructed comprising of a 5%Na2WO4-2%Mn/SiO2 particle catalyst and a 4%Ce-5%Na2WO4-2%Mn/SiO2/cordierite monolithic catalyst. The reaction performance of the oxidative coupling of methane (OCM) over the dual-bed reactor system was evaluated. The effects of the bed height and operation mode, as well as the reaction parameters such as reaction temperature, CH4/O2 ratio and flowrate of feed gas, on the catalytic performance were investigated. The results indicated that the suggested dual-bed reactor exhibited a good performance for the OCM reaction when the feed gases firstly passed through the particle catalyst bed and then to the monolithic catalyst bed. A CH4 conversion of 38.2% and a C2H4 selectivity of 43.3% could be obtained using the dual-bed reactor with a particle catalyst bed height of 10 mm and a monolithic catalyst bed height of 50 mm. Both the CH4 conversion and C2H4 selectivity have increased by 2.5% and 12.8%, respectively, as compared with the 5%Na2WO4-2%Mn/SiO2 particle catalyst in a conventional single-bed reactor and by 12.9% and 23.0%, respectively, as compared with the 4%Ce-5%Na2WO4-2%Mn/SiO2/cordierite monolithic catalyst in a single-bed reactor. The catalytic performance of the OCM in the dual-bed reactor system has been improved remarkably.     

Cr2O3催化剂上甲烷部分氧化制备合成气

分别采用柠檬酸络合法和直接分解法制备了Cr2O3催化剂, 采用XRD, BET, TPR, XPS, TEM和TGA表征了催化剂的物理化学性质, 在常压固定床石英管(内径5 mm)反应器中考察了Cr2O3催化剂对甲烷部分氧化反应的催化性能. 在500~750 ℃, V(CH4)∶V(O2)=2, 空速12×104 h-1的条件下, O2几乎完全转化, CH4转化率及H2和CO选择性随着温度的升高而增加. 700 ℃下CH4转化率及H2, CO选择性随着空速(6.0×104~24×104 h-1)的升高而增加. 在500 h稳定性实验中, 随着反应时间的延长, CH4转化率及H2, CO选择性缓慢下降, XRD, TEM和BET结果表明, 催化剂的活性下降与烧结和团聚有关, TGA分析表明催化剂具有良好的抗积炭性. 通过CH4脉冲反应, 推测在反应过程中CO, H2, CO2和H2O是直接生成的.     

Ni基催化剂上甲烷与空气或O_2/水蒸气部分氧化制合成气(英文)

在固定床反应器中考察了Ni基催化剂上甲烷氧化与空气或O2/水蒸气部分氧化制合成气的反应。用空气取代纯氧同样能获得高甲烷转化率和产物选择性。水的添加主要发生水气变换反应,同时也能降低催化剂上积炭。在甲烷与纯氧500小时反应的稳定性考察中,甲烷转化率、CO及H2选择性分别保持在90％、95％和95％以上;反应后上层催化剂的Ni含量从新鲜催化剂的7.2％下降到5.2％,在反应后的催化剂上没有发现积炭和相变。     

Ni-Mg-ZrO2催化剂上煤层甲烷三重整制合成气

采用共沉淀法制备Ni-ZrO₂和Ni-Mg-ZrO₂催化剂,用BET、XRD、H₂-TPR、CO₂-TPD等技术对催化剂进行了表征。采用固定床流动反应装置,研究了催化剂在煤层甲烷三重整制合成气反应中的催化性能;考察了反应温度和原料气体组成对反应的影响。实验结果表明,Ni-Mg-ZrO₂催化剂在反应温度800℃、常压、空速为30 000 mL/(g·h)、CH₄/CO₂/H₂O/O₂/N₂=1.0/0.45/0.45/0.1/0.4的条件下,CH₄转化率为99%,CO₂转化率为65%左右,生成合成气H₂/CO体积比为1.5,并在58 h的实验中催化剂活性和稳定性良好。这主要归因于催化剂中金属和载体之间的强相互作用、催化剂的高热稳定性和强碱性。此外,较高的反应温度有利于甲烷三重整反应的进行;通过调节原料气组成,可以获得不同H₂/CO体积比的合成气。     

氧化铝负载催化剂作用下以甲醇为烷基化试剂的苯酚气相转化制备苯甲醚(英文)

苯甲醚作为重要的化学品和医药中间体而广泛应用于香料、调味剂及有机合成.液相法是传统的苯甲醚制备工艺,例如在碱性环境下,通过酚钠与硫酸二甲酯反应,溴苯与甲醇反应,酚钠与氯代甲烷反应均可制得苯甲醚.然而,这些方法具有环境处理负担较重和所用原料毒性较强等不足而备受限制.因此,环境友好的绿色苯甲醚合成工艺的开发成为必然,苯酚的气相烷基化工艺由此提出.其中,以碳酸二甲酯(DMC)为烷基化试剂的苯酚气相转化苯甲醚制备方法最受关注.DMC是常用的绿色高效烷基化试剂,但其价格相对较高,在一定程度上增加了苯甲醚制备工艺的复杂性和产品成本.鉴于DMC可由甲醇经氧化羰基化制得,因此以甲醇为烷基化试剂的苯酚气相烷基化转化制备苯甲醚方法成为另一研究热点.然而,与DMC的烷基化性能相比,以甲醇为烷基化试剂的反应产物分布较为复杂,作为苯酚O-烷基化(在苯酚的羟基氧原子上发生的烷基化)产物的苯甲醚相对较难获得,而苯酚的C-烷基化(在苯酚的芳环上发生的烷基化)产物甲基酚产率更易提高.总体而言,与DMC烷基化方法相比,以甲醇为烷基化试剂的苯酚气相转化制备苯甲醚方法有待改善,相关反应机理也更欠明晰,因此具有重要的研究价值.本文研究了γ-Al_2O_3(AA)负载型催化剂上以甲醇为烷基化试剂的苯酚气相转化制备苯甲醚方法,考察了反应温度、气体空速、苯酚与甲醇配比以及催化剂中K负载量和焙烧温度等对反应性能的影响,并分析了该体系中的反应机理.研究表明,在AA上负载的8种化合物(NaCl,MgCl_2,Fe_2(SO_4)_3,Co(NO_3)_2,ZnCl_2,La(NO_3)_3,Ce(NO_3)_3和KH_2PO_4)的催化剂中,KH_2PO_4/AA的催化性能最佳,相应催化剂中K离子负载量为7.53 wt%,于700 oC焙烧8 h.苯酚与甲醇气相反应过程中,苯甲醚最大收率出现在400–450 oC,且随甲醇与苯酚的摩尔比升高而增加,但随空速的提高而降低.另外,在KH_2PO_4/AA催化剂的高K含量,以及低温、高空速、低甲醇含量的物料配比的条件下,对苯酚的O-烷基化过程有利.产物除主产物苯甲醚以外,还有少量甲基苯酚、甲基苯甲醚以及二甲基苯酚等副产物.在K含量为7.53 wt%的KH_2PO_4/AA催化剂作用下,苯甲醚收率最高时反应条件为400–450 oC,空速小于0.18 h儃1,甲醇与苯酚摩尔配比为5.本文所开发的催化剂制备方法简单,反应条件温和,产物收率较高,因此具有较好的应用前景.X射线衍射结果显示,经高温焙烧及固相反应后,KH_2PO_4/AA催化剂中产生了K_3Al_2(PO_4)_3新物相.推测该反应机理是酸性氧化铝促进甲醇脱羟基负离子以及K离子促进酚羟基脱氢质子,所形成的甲基正离子进一步与苯氧基负离子结合得到苯甲醚的"钾离子-酸"双功能催化作用过程     

水蒸气对Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂上CO2重整CH4瓜的影响

采用水热合成-负载法制备了Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂,测试了该催化剂上CO2重整CH4反应的活性和稳定性,并考察了添加少量水蒸气对CO2重整CH4反应的影响.结果表明,在不含水蒸气的反应气中反应198 h后CH4和CO2的转化率分别为89%和98%,H2/CO摩尔比约为1.00,且没有任何失活.添加3.2%的水蒸气后,CH4转化率提高到94%,CO2转化率不变,H2/CO摩尔比约提高0.06,同时稳定性也很好.计算结果表明,添加少量水蒸气后,CO2重整CH4被促进,逆水煤气反应被抑制,而水蒸气重整CH4没有明显变化.     

Fischer-Tropsch Reaction Kinetics of Cobalt Catalyst in Supercritical Phase

Fischer-Tropsch synthesis under supercritical phase condition was examined in a continuous and a high-pressure fixed bed reactor by employing a cobalt catalyst (Co-R.Ru/γ-Al2O3). An integral reactor model involving Fischer-Tropsch reaction kinetics in the supercritical fluid n-hexane was used to describe the overall performance. On the basis of Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) model, the reaction rate constants were obtained for the rate equations of CO conversion to CH4 formation under supercritical conditions.     

甲烷氧化偶联W-Mn催化剂的制备及表征

本文详细报道了制备因素对Na-W-Mn—O/SiO_2催化剂反应性能的影响,并用O_2-TPD,XRD,FT-IR,LRS等方法对催化剂进行了表征。结果表明,该催化剂的最佳组成是Mn 0.32wt％—Na_2WO_4 4wt％/SiO_2,由混浆法制备的催化剂具有较好的稳定性,连续反应30 h后,其甲烷转化活性和C_2烃收率均保持不变。催化剂的结构研究表明,Na_2WO_4与SiO_2发生了相互作用,形成有Si参与的表面钨氧物种,该催化剂具有较好的催化活性与表面钨氧物种的形成相关联,Mn的加入,可能大大提高了该催化剂中表面晶格氧的浓度,从而加快了CH_4的活化速度。     

甲烷部分氧化制合成气反应中催化剂积炭的研究(英文)

Ｎｉ／Ａｌ_２Ｏ_３催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应是在固定床流动反应装置上进行的。考察了催化剂的床层温度、反应压力、空速和原料气配比对催化剂积炭产生的影响。实验结果表明,积炭速率随催化剂床层温度的升高而降低,当温度低于７０℃时,积炭速率骤增：积炭总是发生在催化剂床层的下段;若空速超过３．０×１０~５ｈ~（－１）,积炭速率随空速增加而明显降低。从ＦＴＩＲ实验结果可知,吸附在Ｎｉ／Ａｌ_２Ｏ_３催化剂表面上的ＣＯ,一部分歧化生成了ＣＯ_２和Ｃ。综上所述,催化剂表面积炭主要来源于以下两个反应： ２ＣＯ→Ｃ＋ＣＯ_２,ＣＯ＋Ｈ_２　＝ Ｃ＋Ｈ_２Ｏ     

含氮合成气在三相淤浆床－固定床中直接合成二甲醚

在三相淤浆床－固定床反应装置中，研究含氮合成气直接合成二甲醚。使用双功能混合催化剂，粒度为0.15 mm～0.18 mm。在220 ℃～260 ℃、3.0 MPa～7.0 MPa、空速1 000 mL·g-1·h-1时考察了温度、压力及两种反应器中催化剂的装填比例对CO转化率及二甲醚选择性的影响。结果表明，一氧化碳转化率随反应压力的增加而提高，随着温度升高二甲醚的选择性变化不大，CO转化率的升高较明显，因此在催化剂活性适宜的温度范围内，该反应装置可以采用较高的反应温度。当260 ℃、7.0 MPa、三相床与固定床中催化剂比例为1∶1时，CO的转化率可达84.5％，二甲醚的选择性为78.7％。淤浆床－固定床反应装置具有操作稳定性好、CO转化率高的优点。催化剂在该装置中反应370 h活性没有明显下降。     

流化床反应器中不同Ni/Al2O3催化剂上CH4-CO2重整反应性能的比较研究

采用浸渍法、溶胶 凝胶过程与普通干燥、超临界干燥过程相结合的方法制备了三种20%的NiO-Al2O3体系催化剂，利用BET、XRD、H2 TPR、H2-TPD等方法对各催化剂样品物化性质进行了表征，并考察了催化剂在流化床反应器中CH4-CO2重整反应的催化性能。研究结果表明，经923K焙烧后气凝胶催化剂中镍与载体间作用力最强，主要为固定NiO和尖晶石NiAl2O4结构，而浸渍型催化剂和干凝胶催化剂中镍与载体间作用力较弱。三种催化剂中，气凝胶催化剂具有比表面积较大、堆密度较低、Ni还原度及分散度较高的特点。它在流化床反应器中所形成的聚团流态化状态具有较高的床层膨胀率，大量多孔疏松状的纳米颗粒聚团在床内的循环运动有效地提高了传质效率，能使得生成的沉积炭快速得到气化，从而抑制了催化剂失活；对于浸渍型催化剂和干凝胶催化剂，流化床反应器中床层膨胀率较低、颗粒循环量较少、传质效率较低，易于造成催化剂表面积炭失活。经用TG和XRD等方法对反应后催化剂分析表征，证明催化剂表面石墨碳的沉积是导致浸渍型催化剂和干凝胶催化剂失活的主要原因。     

CuO/SC低温催化氧化脱除烟气中的NO

以活性半焦为载体,采用等体积浸渍硝酸铜溶液制备CuO/SC催化剂低温脱除模拟烟气中的NOx,利用BET、XRD和SEM等方法对CuO/SC催化剂进行了表征,采用固定床反应器测定了CuO/SC催化剂的脱硝活性,考察了CuO负载量、反应温度、空速、O2浓度和H2O浓度对CuO/SC脱硝率的影响。结果表明,当CuO/SC催化剂的载铜量为1%、温度70℃、空速1000h-1、O2浓度5%时,脱硝效果最好;并且分析了水蒸气对催化剂脱硝性能的毒化作用,当水蒸气存在时,穿透时间由15h缩短为9.5h。     

油页岩固定床热解反应器中内构件强化作用

在内构件(传热板和中心集气管)外热式固定床反应器中研究了油页岩热解产物生成特性,并与无内构件的相同常规固定床反应器内的油页岩热解行为对比,考察了两反应器中油页岩升温特性、热解产物分布、页岩油品质以及气体产物组成的变化规律.结果表明,内置传热板和中心集气管显著强化了反应器内的传热,相对于无内构件常规固定床反应器,料层升温速率提高了约2倍.对于依兰油页岩,其热解页岩油产率明显提高,最高达11.1 wt%(干燥基),明显高于无构件常规固定床反应器获得的页岩油产率.随着外加热炉温度的升高,内构件固定床反应器的页岩油产率逐渐增加,而无内构件常规固定床反应器的页岩油产率则明显降低.当外加热炉温度为1000℃时,前者页岩油产率是后者的2.3倍,并且内构件固定床反应器的热解水产率较低.两反应器中热解气产物组成相近,其H2与CH4之和占气体总量的70 vol%左右,热值为4406~5400 kcal/Nm3.     

阶跃升温分解法对非负载型镍催化甲烷分解活性的影响

 以乙醇为洗涤溶剂采用沉淀法制备了非负载型 Ni 催化剂, 考察了预处理过程对催化剂上 CH4 分解活性的影响. X 射线衍射及 CH4 程序升温表面反应结果表明, 降低还原温度可减小 Ni 粒子尺寸, 从而提高催化剂活性. 同时, 采用 CH4 多温度逐步分解 (多点阶跃升温分解) 法可形成较稳定的 Ni 粒子, 有效提高催化剂的活性及稳定性, 500 oC 下 CH4 初始转化率可达 8.40%, 反应 120 min 时升至 11.20%; 而在 350 和 500 oC 两点阶跃升温分解的 CH4 最高转化率只有 1.61%.     

超临界相由合成气合成低碳醇的研究

选择有代表性的Ｃｕ－Ｃｏ,Ｚｎ－Ｃｒ和ＺＲ－Ｍｎ体系为催化剂,研究了超临界条件下由合成气 民低碳醇的规律及提高产物中Ｃ２＋ＯＨ含量的可能性。结果表明,三种催化剂上超临界相合成醇反应的ＣＯ转化率都比气相合成醇反应的高。Ｃｕ－Ｃｏ催化剂上超临界相合成反应的醇选择性低于气相合成者,但合成醇的产物与气相合成的相同,且均符合Ｓｃｈｕｌｚ－Ｆｌｏｒｙ分布。Ｚｎ－Ｃｒ和Ｚｒ－Ｍｎ催化剂上的产物分布不符合Ｓｃｈｕ     

Oligomerization of endo-dicyclopentadiene using a mesoporous catalyst in a fixed-bed reactor

The oligomerization of endo-dicyclopentadiene (endo-DCPD) over a mesoporous catalyst in a continuous-flow reactor at elevated pressure was studied to produce tricyclopentadiene (TCPD) and tetracyclopentadiene (TeCPD). The mesoporous material prepared from zeolite beta (MMZ_Hβ) was utilized as a catalyst. In addition, this study focused on the catalytic performance of the regenerated catalyst in comparison with the fresh catalyst. The TCPD and TeCPD were continuously produced through DCPD oligomerization over the MMZ_Hβ catalyst in a fixed bed reactor. At early time-on-stream, the conversion of endo-DCPD, the yield of TCPD and TeCPD, and the isomerization selectivity of TCPD in the fixed bed reactor were comparable to those in the batch-type reactor. The yield of oligomer containing TCPD and TeCPD decreased drastically from 28.5 % at 3 h time-on-stream to 21.5 % at 12 h time-on-stream, indicating that the catalyst was significantly deactivated. The in situ calcination in air flow at 500 °C was found to be effective for the regeneration of the used MMZ_Hβ catalyst.     

甲醇气相羰基化Ni/AC催化剂的失活行为

采用连续流动固定床反应装置，Ni/AC作为催化剂，在533 K、1.5 MPa、CO/CH3OH/CH3I摩尔比20/19/1、7.5 gcat·h·mol－1下考察了催化剂的稳定性，并通过XPS、ICP和XRD等技术对甲醇气相羰基化反应前后Ni/AC催化剂进行了表征。结果表明，长时间运转催化剂表面形成NiI2，使具有催化活性的Ni0活性中心数量减少，活性降低。XPS结果显示羰基化活性中心Ni不断迁移并在催化剂表面富集，导致积炭效应，堵塞催化剂孔道，使催化剂失活。进一步对积炭类型研究，发现形成的碳物种主要是石墨型碳。Ni向催化剂表面迁移富集，并与CO形成可挥发的Ni(CO)4，造成金属镍的大量流失由ICP所证实。     

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.     

Comparative study on the reaction of methane over a ZnO bed in the absence and presence of CO2

The reaction of zinc oxide with methane in the absence and presence of CO2 were theoretically and experimentally investigated using HSC Chemistry 5.1 software and a fixed bed reactor, respectively. In the absence of CO2 at 1193 K, the reduction of ZnO was accompanied with methane cracking, and metallic zinc, CO, and H2 were the main reaction products. This system could be utilized for the co-production of metallic zinc and synthesis gas, in which ZnO was a donor of oxygen. In the presence of CO2, ZnO plays as a catalyst in the CO2 reforming of methane and produces syngas with the average H2/CO ratio of 0.88 at 1193 K, which was close to the total reaction theoretic value of 1. It was also found that higher temperature favored high CH4 and CO2 conversions. XRD technique was used to characterize the ZnO species. The result showed that there were no differences in the peak profiles of the XRD patterns of the ZnO powder obtained before and after passing the CH4/CO2 mixed gases for 6 h at 1193 K. It is suggested that ZnO functions as a catalyst according to the redox cycle and metallic zinc plays the role of intermediate product in this process.     

无溶剂条件下反应控制相转移催化氯丙烯氧化制环氧氯丙烷

系统地研究了无溶剂条件下,H2O2为氧源,反应控制相转移催化剂[(C16H33(70%)+C18H37(30%))N(CH3)3]3[PW4O16]催化氯丙烯环氧化制环氧氯丙烷反应.结果表明,在氯丙烯/H2O2/催化剂(摩尔比)=400∶100∶1条件下,50～55℃反应3 h,环氧氯丙烷的收率为85～87%.在NaH2PO4存在下,催化剂循环使用5次,活性无明显降低,新鲜催化剂和回收催化剂的31P MAS NMR谱分析结果表明NaH2PO4对催化剂结构和组成具有稳定作用.