基于程序升温氢化表征的Ni-Al2O3催化剂上CO2-CH4重整反应积炭研究

采用水热沉积法制备Ni-Al₂O₃催化剂,用于CO₂-CH₄重整反应;基于程序升温氢化（TPH）表征,研究了反应时间、温度、原料气CO₂/CH₄比例和空速等因素对CO₂-CH₄重整反应过程中Ni-Al₂O₃催化剂上表面积炭行为的影响。结果表明,表面积炭是导致催化剂重整反应失活的重要原因。随反应时间的延长,催化剂表面积炭量增多,虽未成比例增加,但其TPH峰温有向高温方向移动的趋势,表明所积之炭的石墨化程度增加。反应温度和空速对催化剂表面积炭也有一定影响,且空速的影响更大。另外,由于CO₂消炭反应（CO₂+C=2CO）的存在,CO₂/CH₄比例对表面积炭的影响也很大。CO₂/CH₄比例太低,不能明显抑制积炭;随着CO₂/CH₄比例增加,积炭将得到有效抑制,但CO₂/CH₄比例过高,CO₂在产物中的分离和回收再利用将使成本增加。     

无模板剂一锅法合成介孔Ni-CaO-ZrO2 催化剂及其在CH4-CO2重整反应中的应用研究

通过无模板剂一锅法制备出一种具有较大比表面积和孔容的介孔Ni-CaO-ZrO₂催化剂,并将其用于CH₄-CO₂重整反应过程。利用N₂吸附-脱附(BET)、SEM、TEM、X射线粉末衍射(XRD)、程序升温还原(H₂-TPR)以及热重(TG)等手段对催化剂进行了表征。结果表明,该催化剂具有较强的金属-载体相互作用,这种强金属-载体相互作用(SMSI)使Ni与载体紧密接触,有利于吸附物种在界面进行快速反应,使催化剂在反应过程中具有较高的反应活性和稳定性。虽然反应后的催化剂表面有一定量的积炭生成,但这些积炭多以丝状碳为主,并不会覆盖催化剂的活性位点。     

热等离子体与催化剂协同重整CH4-CO2

考察了热等离子体与催化剂协同作用于重整反应过程。实验采用三种不同的模式进行:等离子体单独作用、等离子体与催化剂协同作用、等离子体与催化剂协同作用且部分原料气引入等离子体放电区。结果表明,在模式三下,当原料气的总流量为5 m³/h、CH₄/CO₂物质的量比为4/6、等离子体的输入功率为14.4 kW时,CH₄-CO₂重整过程可获得最佳结果,CH₄转化率为77.00%、CO₂转化率为62.40%、H₂选择性为96.70%、CO选择性为88.60%、反应比能为193 kJ/mol、过程的能量转化率为66.4%,该结果已十分接近CH₄-H₂O(g)重整的技术指标。最佳结果主要得益于模式三下的三种不同的反应路径,放电反应、热化学反应与催化反应。     

大气压等离子体射流重整CH4-CO2制合成气

采用大气压等离子体射流,以CH₄和CO^₂直接作为放电气体进行常压下重整制合成气的实验研究,考察了等离子体射流的放电特征及放电距离、放电功率、原料气配比和流量对反应的影响。结果表明,该等离子体具有放电稳定、均匀的特征。重整反应的主要产物为合成气,只有少量的H₂O和积炭生成。优化的反应条件为放电距离为9mm,CH₄和CO₂的摩尔比为4/6。当原料气流量为1000mL/min,放电功率为88.4W时,CH4和CO₂的最高转化率为分别为94.99%和87.23%。甲烷和二氧化碳的转化率随放电功率的增加而增加,随流量的增加而减少。     

SiO2和Al2O3负载的Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能差异

CH₄与CO₂干重整反应对于环境保护和天然气资源的合理利用具有重要意义。SiO₂和Al₂O₃是适用于甲烷干重整反应的两种典型的催化剂载体。为了阐明这两种载体对催化剂性能的影响,本研究采用等体积浸渍法制备了Ni/Al₂O₃和Ni/SiO₂催化剂,并利用BET、TEM、H₂-TPR、XRD、TG和Raman等技术对还原和反应后的催化剂进行了表征。结果表明,由于载体的性质不同,Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能也不同。Ni/SiO₂催化剂的初始活性较高,但由于其金属-载体相互作用较弱,催化稳定性较差,在800℃下反应15h其催化活性急剧下降;较弱的金属-载体相互作用使得Ni/SiO₂催化剂上的Ni颗粒较大,有利于积炭前驱物种的生成,导致催化剂快速失活。而对于Ni/Al₂O₃催化剂,金属-载体相互作用较强,Ni颗粒较小,但由于Ni与Al₂O₃生成了NiAl_xO_y物种,有效活性位减少,其催化活性相对较低,但催化稳定性较好,干重整反应进行50h其活性保持稳定;Ni与Al₂O₃之间较强的相互作用有利于形成小且稳定的Ni粒子,能减少积炭,因而具有优异的催化稳定性。     

镍基整体式催化剂上生物质粗燃气重整调变的特性研究

采用浸渍法制备了Ni基整体式催化剂,考察了不同条件(温度、时间、空速、水蒸气添加等)对催化剂上生物质粗燃气重整反应性能的影响。结果表明,催化剂在较低温度下(≤500 ℃)只具有CO加氢反应活性,随着反应温度的升高粗燃气重整反应逐渐进行,在800 ℃以上,CH₄和C₂转化率均高达95 %以上,CO₂转化率达到92%,但随着反应空速和水蒸气添加量的增加,CH₄和CO₂等转化率呈现缓慢降低的趋势。此外,通过改变水蒸气添加量可对合成气中H₂/CO体积比在0.85~4.00进行较好调节。结合XRD表征发现,Ni基整体式催化剂中Ni°的生成可较好地促进重整反应的进行。     

载体形貌对Ni3Fe/CeO2催化剂甲烷干重整反应性能的影响

通过改变水热法条件合成了不同形貌CeO₂载体(棒状CeO₂-R、立方体CeO₂-C和多面体CeO₂-P),并用浸渍法制备了Ni₃Fe/CeO₂催化剂,继而研究了不同载体形貌Ni₃Fe/CeO₂催化剂对其甲烷干重整反应性能的影响。采用X射线衍射、N₂吸附-脱附、透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、热重等对反应前后催化剂结构进行表征。结果表明,Ni₃Fe/CeO₂-R具有较大比表面积和较高的氧空位浓度,在甲烷干重整反应中表现出了优异的催化反应活性。800℃时,CH₄和CO₂的转化率分别为82%和91%,且反应10 h性能稳定并且其积炭石墨化程度较低。同时,通过CeO₂-R载体氧空位对CO₂活化,有效抑制了对亲氧性Fe物种的过度氧化行为,反应前后催化剂Ni_...     

介质阻挡放电等离子制备5Ni-5La/SiO2催化剂及其甲烷干重整反应催化性能

利用介质阻挡放电等离子体法制备了5Ni-5La/SiO₂催化剂,并用于甲烷干重整反应.在常压, 700℃,空速为4.8×104 mL·g^-1·h^-1时,等离子体法所制催化剂催化甲烷干重整反应的CH₄和CO₂的转化率分别为81.2%和88.4%,且在30 h内保持稳定;而传统催化剂的CH₄和CO₂初始转化率分别为81%和88.4%, 30 h后下降到58.8%和68.6%.研究结果表明,介质阻挡放电等离子体法制备的催化剂具有更高的分散性和更强的金属与La₂O₃的相互作用.等离子体处理增加了Ni周围的电子密度,增强了CO₂在催化剂表面的吸附能力和活化能力,促进了HCOO^-中间体的生成,有利于反应正向进行.     

高比表面积有序介孔Ni/SiC催化CH4-CO2重整反应

采用纳米浇铸法制备了高比表面积（345 m²/g）且孔径均一的有序介孔SiC材料（SiC-OM），以商用SiC（49 m²/g，SiC-C）材料为参比载体。采用等体积浸渍法分别制备了Ni/SiC-OM和Ni/SiC-C，并考察其在CH₄-CO₂重整反应中的催化性能。利用ICP、BET、XRD、H₂-TPR、XPS、HRTEM、TG和Raman等手段对反应前后的两种催化剂进行表征。结果表明，在700℃、1.013×10⁵ Pa和12 L/（h·g）的重整条件下，Ni/SiC-OM的平均积炭速率比Ni/SiC-C降低了一个数量级，这主要归因于强金属-载体相互作用和有序介孔骨架的"限域效应"作用。     

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。     

Ni/γ-Al2O3催化剂上CH4-CO2重整体系中积碳-消碳的研究

用动态热重技术和色谱技术联用以及XRD和TEM等表征手段,研究了Ni/γ-Al2O3催化剂上甲烷－二氧化碳重整体系的积碳和消碳及其与一氧化碳产率之间的关系。结果表明,二氧化碳与甲烷有不同的活性中心,二氧化碳的存在不改变甲烷活化积碳的本质,但可通过及时将表面含碳物种转化为一氧化碳而降低积碳速率,二氧化碳能消去活泼的须状碳,但不易消去惰性的石墨碳。等摩尔条件下二氧化碳消碳能力弱于甲烷活化积碳,二氧化碳适度过量可有效抑制积碳,n(CO2)/n(CH4)≈1.3为进料比最佳值,此时积碳－消碳达到动态平衡,可获得最高的一氧化碳产率和较低的积碳速率,且该值不受温度影响。Ni/γ-Al2O3催化剂有很强的再生能力,但反复积碳－消碳会使催化剂镍晶粒度增大,分散度下降,从而导致不可逆失活。     

CH4-CO2 reforming to syngas over Pt-CeO2-ZrO2/MgO catalysts: Modification of support using ion exchange resin method

Pt-CeO2-ZrO2/MgO (Pt-CZ/MgO) catalysts with 0.8 wt% Pt, 3.0 wt% CeO2 and 3.0 wt% ZrO2 were prepared by wet impregnation method. Support MgO was obtained using ion exchange resin method or using commercial MgO. XRD, BET, SEM, TEM, DTA-TG and CO2-TPD were used to characterize the catalysts. CH4-CO2 reforming to synthesis gas (syngas) was performed to test the catalytic behavior of the catalysts. The catalyst Pt-CZ/MgO-IE(D) prepared using ion exchange resin exhibits more regular structure, smaller and more unique particle sizes, and stronger basicity than the catalyst Pt-CZ/MgO prepared from commercial MgO. At 1073 K and atmospheric pressure, Pt-CZ/MgO-IE(D) catalyst has a higher activity and greater stability than Pt-CZ/MgO catalyst for CH4-CO2 reforming reaction at high gas hourly space velocity of 36000 mL/(g·h) with a stoichiometric feed of CH4 and CO2. Activity measurement and characterization results demonstrate that modification of the support using ion exchange resin method can promote the surface structural property and stability, therefore enhancing the activity and stability for CH4-CO2 reforming reaction.     

光辐照驱动CH4-CO2重整中Ni/MgO-Al2O3催化活性吸收体的活性

将等离子体还原法和常规焙烧还原法制备的Ni基催化剂用于制备太阳能催化活性吸收体,在氙灯模拟的太阳光聚光反应系统中,考察了其催化CH4-CO2重整反应活性.结果表明,等离子体还原法制备的Ni/MgO-A12O3催化活性吸收体的低温活性最高,在光辐照平均能流密度为61 kW/m2,空速36 dm3/(g·h),CH4和CO...     

介孔Ni/CaO-ZrO2纳米复合物催化甲烷和二氧化碳重整

采用溶胶-凝胶法制备了一种具有高热稳定性的介孔Ni/CaO-ZrO2纳米复合物.此纳米复合物在甲烷/二氧化碳重整中表现出较高的活性和稳定性,且经连续运行50h后,其催化活性没有明显降低,稳定性显著高于Ni/Al2O3或Ni/SiO2负载型催化剂.这是由于反应过程中纳米Ni颗粒尺寸被有效稳定以及碱性组分CaO的存在,催化剂中相互嵌合的Ni,ZrO2和CaO的颗粒尺寸均为10nm左右,堆积形成了海绵状的介孔结构.CaO的存在使催化剂具有较强的碱性,促进了反应物CO2的化学吸附和解离.     

甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应的研究 (I)Sr_(1-x)La_xNiAl_(11)O_(19)催化活性表征

对具有磁铅石结构的Ｓｒ１－ｘＬａｘＮｉＡｌ１１Ｏ１９对甲烷与二氧化碳重整反应的催化活性、积炭量和稳定性进行了研究．不同还原温度下催化剂的ＸＲＤ和催化活性的实验结果表明，金属镍是ＣＨ４＋ＣＯ２重整反应的活性组分，金属镍含量越大，反应活性越高．反应后催化剂积炭量的分析结果说明，在相同镍含量和分散度的情况下，Ｌａ３＋离子对Ｓｒ２＋离子调变，可以降低催化剂的表面酸性，提高催化剂的抗积炭能力．ＬａＮｉＡｌ１１Ｏ１９是一种具有较好催化活性、稳定性和抗积炭性能的催化剂．     

Ni/Al2O3催化剂上CH4三重整反应-催化剂床层温度分布

在连续流动的固定床反应装置上，考察了Ni/Al2O3催化剂上CH4三重整反应中催化剂床层的温度分布。实验在常压、750℃~950℃、2000h-1~20000h-1下进行，研究了外控炉温、空速和进料组成对催化剂床层温度分布的影响。结果表明，催化剂床层中的温度梯度较甲烷部分氧化反应平缓，在CH4/CO2/H2O/O2=50/12.5/12.5/25（摩尔比）、20000h-1下，催化剂床层中入口处温度比炉温高约80℃，出口处温度与器壁温度相当。空速越低，催化剂床层入口处温度(tmax)与炉温之差Δtmax越小(20000h-1时，Δtmax=80℃；2000h-1时，Δtmax=30℃)。当原料气中不含O2时，催化剂床层入口处没有观测到温度骤升的现象。催化剂床层温度分布出现“低谷”现象，温度最低点(tmin)比炉温低30℃~40℃。根据温度分布曲线，大体可将催化剂床层分为三个区域：富氧区、贫氧区和无氧区。富氧区内只发生燃烧反应，贫氧区内发生重整反应和部分氧化反应，无氧区内只发生重整反应。     

镍基催化剂用于合成气甲烷化的实验研究

实验基于工业用镍基甲烷化催化剂,分别考察了操作温度、原料气CO浓度、操作压力、空速等对合成气(CO浓度5%~25%)甲烷化反应的影响,并分析了造成催化剂失活的因素。结果表明,在300~500 ℃ CH₄的生成速率随着温度的升高、压力的增大、CO浓度的增加而增大。但CO的浓度不能过高,当H₂/CO≤3时催化剂的催化活性会逐步下降。通过XRD、EDS等分析结果得知,催化剂表面存在积炭,催化剂的失活跟积炭有关,通过进一步的对照实验和BET分析表明,积炭的速率与反应温度有关,温度越高积炭速率越快。     

Ni/ZrO2催化剂上甲烷水蒸气重整反应的研究

研究了Ni/ZrO2催化剂对甲烷水蒸气重整制合成气的反应性能。考察了催化剂的还原温度、载体焙烧温度以及反应温度、原料配比和空速等对催化剂性能的影响。利用XRD、TEM、XPS等手段对催化剂的织构形貌进行了表征。研究表明，Ni/ZrO2催化剂用于甲烷水蒸气重整制合成气不仅具有较高的活性，也具有较好的稳定性。水蒸气比增加，CH4转化率增大、CO选择性下降。CH4转化率及CO选择性均随空速增大而下降。使用10%Ni/ZrO2催化剂，在650 ℃、空速1.984×104 h－1、原料气配比H2O∶CH4∶N2=2∶1∶2.67的条件下，获得CH4转化率85%、CO选择性70%的结果。     

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