结构助剂SiO2、Al2O3对铁基催化剂浆态床F-T合成性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球状Fe/Cu/K/SiO2和Fe/Cu/K/Al2O3催化剂，研究SiO2和Al2O3作为结构助剂对铁基催化剂吸附行为、炭化行为及F-T合成反应性能的影响。表征结果表明,与Al2O3相比较，SiO2抑制了H2的吸附，但促进了CO的吸附，有利于催化剂的炭化。催化剂在260℃、1.5MPa、H2/CO=0.67和2000h-1下的浆态床F-T合成反应评价表明，Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有较高的F-T合成活性、高的水煤气变换反应（WGS）活性，且其烃产物选择性明显向高炭数方向偏移，而Fe/Cu/K/Al2O3催化剂则表现出较低的F-T合成活性、低的水煤气变换反应（WGS）活性和高的轻质烃选择性。但Fe/Cu/K/Al2O3催化剂比Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有更好的运行稳定性。     

助剂Cu、K对F-T合成铁基催化剂作用的表征研究

采用连续共沉淀和喷雾干燥技术相结合的方法制备了一组Cu、K助剂单独或同时加入的微球状Fischer-Tropsch（F-T）合成铁基催化剂，借助低温N2吸附、MES、XRD、H2-TPR、CO-TPR研究了Cu和K助剂对催化剂织构、还原性能以及还原和炭化过程中的物相变化的影响。结果表明，K助剂的加入能明显提高催化剂的比表面积和铁物相在催化剂中的分散程度，增加了Fe2O3与SiO2间的相互作用；当催化剂在H2和合成气中还原时，Cu助剂的加入有利于催化剂的还原和Fe3O4的生成，在CO中还原时，Cu助剂的加入则有利于α-Fe的生成和稳定化。在H2和合成气中，单独K助剂的加入会抑制催化剂的还原或炭化，而Cu和K助剂的同时加入在H2、CO和合成气下均可使催化剂的还原或炭化能力明显提高，表明Cu和K助剂间存在一定的协同作用。     

焙烧温度对含Mg助剂的铁基催化剂F-T合成反应性能的影响

采用连续共沉淀和喷雾干燥技术相结合的方法制备了Mg助剂的Fe/Cu/K/SiO2催化剂，采用N2物理吸附、XRD、MES 和H2-TPR等表征手段，考察了焙烧温度对催化剂比表面积、体相结构和还原性能的影响。结果表明，随着焙烧温度的升高，催化剂的比表面积降低，平均孔径增大，体相中α-Fe2O3晶粒逐渐增大，催化剂变的越来越难还原，其结构更加稳定。在H2/CO （摩尔比）= 2.2、250 ℃、2.0 MPa和2 000 h－1于固定床反应器考察了焙烧温度对该催化剂F-T合成反应性能的影响，结果表明，随着焙烧温度的升高，催化剂的F-T合成反应活性降低，在运行过程中反应活性逐渐增加直至达到平稳，但达到平稳所需的诱导期越来越长；提高焙烧温度使烃产物分布向重质烃方向转移，有利于降低CH4的选择性，促进重质烃的生成。     

Mn助剂加入方式对铁基催化剂F-T合成性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了系列微球状Fe/Mn/K催化剂,结合H2 DTG、CO TPR、Mossbauer谱等表征手段,研究了Mn助剂的加入方式对铁基催化剂物相结构、还原和碳化行为以及F-T合成性能的影响。催化剂在浆态床反应器中以接近F-T合成实际工况条件 (250℃、1.5MPa、H2/CO=0.67和2.0L /(gcat·h)) 进行评价。结果表明,以共沉淀方式加入Mn助剂具有较强的Fe Mn相互作用,从而抑制了催化剂的还原和碳化,降低了催化剂的活性,提高了催化剂的稳定性。而以部分共沉淀和黏结剂方式加入Mn助剂促进了催化剂的还原和碳化,提高了反应活性加速了催化剂的失活。与共沉淀Mn相比,部分共沉淀和黏结剂Mn提高了重质烃和烯烃的选择性,同时抑制了有机含氧化合物的生成。     

浆态床F-T合成Fe/Cu/K/SiO2催化剂中K助剂作用的研究

采用低温N2吸附、H2 TPR、CO2 TPD、MES、XRD,考察了K的加入顺序对两组微球状费托(F-T)合成Fe/Cu/K/SiO2催化剂的织构性质、还原行为、碳化行为、物相变化以及反应性能的影响。结果表明,K的加入顺序对催化剂的织构性质影响很小。先加Si后加K的催化剂具有较强的表面碱性,抑制催化剂在H2气氛下的初始还原,但促进了催化剂的碳化,且在浆态床F T反应中表现出良好的反应稳定性,较高的FTS反应活性,较低的甲烷选择性以及较高的重质烃和烯烃选择性,表现出良好的工业应用前景。     

浆态床F-T合成反应中反应参数对e/Cu/K/SiO2催化剂性能的影响

 用喷雾干燥法制备了微球状Fe/Cu/K/SiO2催化剂,并在不同的反应条件下对其在浆态床F-T合成反应中的催化性能进行了评价. 结果表明,反应温度和原料气H2/CO比的调变对催化剂运行稳定性的影响较大,反应初始阶段加入的液体石蜡介质对催化剂运行稳定性的影响不大. 原料气空速的增加可有效地提高反应的总烃时空产率,但同时CO转化率会明显降低,且重质烃选择性下降; 低H2/CO比的原料气有利于在保持合适的转化率的同时提高重质烃的选择性,并可明显提高总烃的时空产率; 提高系统压力可增大催化剂的催化活性,改善重质烃的选择性; 而提高反应温度尽管可明显提高催化剂活性,但同时也会促进WGS反应的发生,降低重质烃的选择性. 因此,浆态床F-T合成反应中操作参数的适当调变可使催化剂活性、产物烃分布和烃产率得到有效优化,最大限度地获得目的产物.     

Cu助剂对聚乙烯醇辅助沉淀铁催化剂费托合成反应性能的影响

通过共沉淀法或聚乙烯醇（PVA）辅助共沉淀法分别制备了Fe₂O₃和FeCu催化剂,结合BET、XRD、SEM、H₂-TPR等表征手段,研究了Cu助剂对PVA辅助的沉淀铁催化剂的织构性质、物相结构、形貌特征、还原行为以及F-T合成反应性能的影响。结果表明,Cu助剂的加入增大了铁基催化剂中α-Fe₂O₃的晶粒,减小了催化剂的BET比表面积和孔容,增大了孔径;改变了铁基催化剂的形貌;促进了铁基催化剂在H₂中的还原。反应过程中,在催化剂中只添加Cu助剂时,有利于提高催化剂的反应活性,而当同时加入Cu助剂和PVA时,由于Cu助剂与PVA较强的相互作用,反而降低了催化剂的反应活性,且催化剂的选择性向轻质烃方向偏移。     

K2O助剂对合成碳酸二甲酯用Cu/Ni/ZrO2-SiO2催化剂的吸附和催化性能的影响

 用等体积浸渍法制备了ZrO2－SiO2（ZrSiO）表面复合氧化物负载的Cu－Ni催化剂,并用IR,TPR,TPD及微反技术考察了K2O助剂对CO2和CH3OH在Cu－Ni／ZrSiO催化剂表面上的吸附及合成碳酸二甲酯（DMC）反应性能的影响．结果表明：加入K2O助剂使CO2在催化剂表面上的吸附增强,当n（K）／n（Cu＋Ni）＝15％时,CO2在催化剂表面上吸附后生成K2CO3;CH3OH在催化剂表面上的解离吸附态（CH3O－和H＋）的吸附减弱;CO2和CH3OH在Cu－Ni／ZrSiO催化剂表面上反应的主要产物为DMC,H2O,CO和CH2O;随着K2O助剂的加入,反应转化率及DMC选择性提高,副产物（CO和CH2O）的选择性下降．根据实验结果,探讨了K2O对催化剂表面活性中心电荷分布的影响．     

钾助剂对F-T合成铁基催化剂浆态床反应性能的影响

 采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了不同K助剂含量的系列微球形Fe/Cu/K/SiO2催化剂(K/Fe质量比为0.010～0.058),采用低H2/CO比的合成气于典型的工业反应条件下(523～533 K, 1.5 MPa, H2/CO=0.67)进行了长期的浆态相F-T合成(FTS)反应性能评价. 结果表明: K助剂的添加可增大催化剂活性,提高C5+、总的烯烃、有机含氧化合物及CO2的选择性,并促进水煤气变换反应,但过高的K含量易使催化剂反应稳定性变差. 适中的K含量为K/Fe＝0.030,该K含量催化剂的660 h浆态床FTS反应性能评价结果显示,该催化剂具有较高的催化活性和C5+选择性,产物分布较合理,长期运行稳定性好,反应后卸载下的催化剂形貌观测表明该催化剂还具有较好的抗磨损性能. 除K助剂的化学效应起主导作用外,催化剂的织构性质尤其是孔结构可能对催化剂的催化性能也有一定的影响,并引起K/Fe＝0.045时铁基催化剂对FTS产物选择性和水煤气变换反应活性的部分调变.     

K_2O助剂对合成碳酸二甲酯用Cu-Ni/MoO_3-SiO_2催化剂吸附和反应性能的影响

用等体积浸渍法制备了MoO3 SiO2 (MoSiO)表面复合氧化物负载的Cu Ni K2 O催化剂。利用IR ,TPR ,TPD以及微反技术研究了K2 O助剂对CO2 和CH3OH在Cu Ni MoSiO催化剂表面上吸附和合成DMC(碳酸二甲酯 )反应性能的影响。结果表明 :K2 O助剂的加入 ,使CO2 在催化剂表面吸附强度增加 ,当K2 O含量达Cu Ni总量的 15 %时 ,CO2 在催化剂表面上吸附后生成K2 CO3;CH3OH在催化剂表面上的解离吸附态 (CH3O- H )的吸附强度减弱 ;CO2 和CH3OH在Cu Ni K2 O MoSiO催化剂表面反应主要产物为DMC ,H2 O ,CO和CH2 O。随着K2 O助剂的加入 ,反应转化率在 10 %之前增加 ,之后下降 ,DMC选择性稍有提高。副产物 (CO和CH2 O)的选择性下降。根据实验结果探讨了K2 O对催化剂表面活性中心的电荷分布的影响。     

钴基费-托合成催化剂上CO、H_2的吸附行为

采用程序升温脱附及FT-IR技术考察了CO、H2在钴基催化剂上的吸附行为.H2-TPD表明,Co/SiO2催化剂有两类脱附氢,引入锆助剂后,低温脱附氢量明显增加,高温吸附氢量下降.CO-TPD及吸附态CO的红外光谱表明锆助剂使CO在钴催化剂上的吸附强度减弱,但其吸附量增大.钴基催化剂的费-托合成反应性能可以用吸附态物种的变化来解释.     

Mn助剂对CuFeZrO2低碳醇合成催化剂的修饰作用

利用程序升温还原和原位漫反射红外光谱技术研究了Mn修饰的CuFeZrO2催化剂的结构特性,并测试了催化剂的CO加氢合成低碳醇的反应性能.研究表明，适量添加锰助剂有利于提高催化剂的反应活性,提高产物中C2＋醇的含量,抑制甲烷的生成,但随锰含量的增加催化剂的活性和选择性呈现先增加后下降的趋势.程序升温还原的测试表明,锰助剂通过与铜的相互作用使铜的还原变得困难,影响铜在催化剂上的状态,随锰的加入量的增加这种作用得到加强.铜分散度的测定表明锰促进了铜的分散,利用探针分子CO在催化剂上吸附的漫反射红外光谱研究发现,锰助剂可以提高组分间的相互作用,影响铜的电子性质,从而增加了CO在铜上的吸附.     

STUDIES OF CATALYTIC PARTIAL OXIDATION OF METHANE TO SYNTHESIS GAS

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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。     

Zn对沉淀铁催化剂结构及其F-T合成性能的影响

采用低温N₂吸附、XRD、MES、CO-TPR和H₂-DTG研究了Zn(100 gFe/x gZn, x=7～100)助剂对 Fischer-Tropsch (F-T) 合成Fe基催化剂的织构性质、还原行为以及相变结构的影响;在H₂/CO=2.0、260 ℃、1.5 MPa和4000 mL/(g·h) 条件下在固定床反应器上考察了Zn助剂含量对Fe基催化剂F-T合成反应活性、烃产物选择性和运行稳定性的影响。研究结果表明,随着Zn含量的增加,氧化态催化剂的物相由α-Fe₂O₃和ZnFe₂O₄逐渐向ZnFe₂O₄和ZnO转变,ZnFe₂O₄在催化剂中优先生成,只有在超出其计量比1∶2之后才有ZnO出现。由于ZnFe₂O₄较为稳定,能够促进催化剂中Fe物相的分散,导致比表面积增加。在还原和反应态催化剂中,ZnFe₂O₄一方面抑制催化剂的过度还原和碳化;另一方面表现为稳定活性相铁碳化物。催化剂的F-T反应性能评价结果表明,纯铁催化剂由于铁碳化物氧化而迅速失活,而Zn助剂催化剂却由于ZnFe₂O₄的稳定作用,活性较为稳定。同时,由于催化剂在反应初相变的影响,导致Zn助剂催化剂的初始烯烃选择性随着Zn含量的增加而增加,在相态稳定之后选择性趋于一致。     

Effects of pretreatment and reduction on the Co/Al2O3 catalyst for CO hydrogenation

The purpose of this study was to investigate the effect of preadsorbed CO at different temperatures, calcination temperatures, the combined influence of reduction temperature and time, and pretreatment using hydrogen or syngas as reduction agents on the F-T synthesis （FTS） activity and selectivity of Co/Al2O3 catalyst. The reactivity of the carbon species at higher preadsorption temperature with H2 in TPSR decreased, whereas the carbon-containing species showed higher reactivity over Co/Al2O3 catalyst with low calcination temperature. This agreed well with the order of catalytic activity for F-T synthesis on this catalyst. The catalytic activity of the catalyst varied with reduction temperature and time remarkably. CODEX optimization gave an optimum reduction temperature of 756 K and reduction time of 6.2 h and estimated C5＋ yield perfectly. The pretreatment of Co/Al2O3 catalyst with different reduction agents （hydrogen or syngas） showed important influences on the catalytic performance. A high CO conversion and C5＋ yield were obtained on the catalyst reduced by hydrogen, whereas methane selectivity on the catalyst reduced by syngas was much higher than that on the catalyst reduced by hydrogen.     

凹凸棒石负载Cu-Fe-Co基催化剂组合体系用于CO加氢制备低碳醇

采用浸渍法(IM)和浸渍燃烧法(IMSC)制备了凹凸棒石(ATP)及凹凸棒石-多孔硅胶微球混合物(ATPS)负载CuFe-Co基改性费托催化剂,通过N_2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、H_2-程序升温还原(H_2-TPR)和CO_2-程序升温脱附(CO_2-TPD)等手段对催化剂进行了表征,并将它们应用于CO加氢制备低碳醇反应。结果表明,IMSC较IM制备催化剂更有利于CuO的负载、分散和还原,促进H_2和CO与Cu活性位的接触,但两者的最佳低碳醇合成温度均为280℃。通过对ATP和ATPS负载Cu-Fe-Co基催化剂(CFCK/ATP、CFCK/ATPS)与Cu/ZnO/Al_2O_3(CZA)甲醇催化剂的组合体系的优化,获得较理想的低碳醇合成催化剂组合体系CZA║CFCK/ATPS-IMSC。利用它们之间的"产物转化耦合效应",实现CO转化率为46.3%,低碳醇选择性为39.6%,C_(2+)醇含量为22.7%。     

中孔分子筛负载的钴基催化剂F-T合成反应研究

以中孔分子筛HMS-2为载体,浸渍法制香钴质量分数为15.00%的钴基催化剂,F-T合成反应研究表明：载体焙烧时间对F-T合成反应性能影响不大;Co/HMS-2催化剂的F-T合成反应在运行141.00h达到483.00K后,在H2/CO摩尔比为2.00,压力2.00MPa,空速500.00h^-1反应条件下,CO转化率达到88.00%,烃选择性保持在98.00%左右,烃分布中C5^+含量可达85.00%左右,进一步运转了384.00h,CO转化率仅下降了9.00%,而烃选择性和烃分布几乎不变,说明Co/HMS-2催化剂F-T合成反应性能和稳定性优异。载体中孔结构在473.00K催化剂开始F-T合成反应24.00h后已经塌陷,随后催化剂结构趋于稳定。     

焙烧温度对Fe-Mn催化剂结构和F-T合成性能影响

研究了焙烧温度对Fischer-Tropsch(F-T)合成Fe-Mn催化剂的织构性质、还原行为以及在还原和反应过程中结构变化的影响；在H2/CO=2.0、260 ℃、2.5 MPa和1 000 h－1条件下在固定床反应器上考察了焙烧温度对Fe-Mn催化剂F-T合成反应活性、烃产物选择性和运行稳定性的影响。XRD和TPR结果表明，随着焙烧温度的升高，催化剂中α-Fe2O3晶粒增大，催化剂比表面积降低，促进Mn3+渗入α-Fe2O3晶格中，形成了铁锰固溶体物相，使得催化剂难于还原，当焙烧温度升高到700 ℃时，催化剂中的α-Mn2O3相完全消失。催化剂F-T合成反应评价表明，在不降低催化剂活性的同时，焙烧温度的升高可显著地提高催化剂的反应运行稳定性，并促使烃产物分布向高碳数方向偏移；600 ℃焙烧的Fe-Mn催化剂运行200 h，总体活性高，失活速率较低，对低碳烯烃和中间馏分油段产物选择性好。