Rh/SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的核磁共振研究

 利用1H MAS NMR技术,在甲烷部分氧化(POM)制合成气反应条件下研究了Rh/SiO2催化剂上氢与金属的相互作用及反应机理. 结果发现,氢气在Rh/SiO2上解离吸附后可能有四种存在形式: 化学位移为δ=-100～-120的可逆(αM)和不可逆(αI)吸附氢物种,δ=0～-100的“氢云”或“氢雾”形式的氢物种和δ=3.0的溢流氢物种. 溢流氢物种是由可逆吸附的氢物种和“氢云”或“氢雾”状态的氢物种溢流到SiO2上并弱吸附在桥式氧(Si-O-Si)附近而形成的. 溢流氢物种活化晶格氧,形成一种POM反应的活性氧物种OH-. 活性氧物种OH-反溢流到Rh上,并与CH4解离吸附在Rh上的CHx物种反应生成含氧中间物种CHxO. CHxO物种的化学位移为5～7. O2参与CHxO物种的进一步氧化,或补充溢流氢夺取桥式氧后形成的缺陷位上的晶格氧,在高温(973 K)反应条件下,O2可能优先补充缺陷位上的晶格氧,使CHx的氧化按表面反应机理进行.     

负载型金属催化剂上合成气制甲醇反应体系的耐硫性能

研究了共沉淀法制备的系列金属负载型催化剂合成气制甲醇反应性能,重点考察了催化剂上合成甲醇反应体系的耐硫性能。结果表明,Cu/ZnO催化剂显示了较好的甲醇合成反应性能,但该反应在含硫气氛下迅速失活;Pd/CeO₂催化剂体现了良好的甲醇合成反应性能和该反应体系的高耐硫性能。结合多种物理化学表征手段分析得出, Cu/ZnO催化剂在含硫气氛下因活性组分形成金属硫化物而失活;Pd/CeO₂催化剂中的载体CeO₂可优先与硫作用而保护金属活性组分,进而保持了Pd/CeO₂反应体系的高抗硫性能。     

助剂CuO和La2O3对NiO/α-Al2O3甲烷催化部分氧化制合成气引发过程的影响

采用分步浸渍法制备了NiO/α-Al₂O₃、NiO-CuO/α-Al₂O₃和NiO-La₂O₃/α-Al₂O₃三种催化剂,运用程序升温表面反应（TPSR）技术考察了助剂CuO和La₂O₃对NiO/α-Al₂O₃甲烷催化部分氧化（CPOM）反应引发过程的影响。结果表明,无论是否经过预还原处理,NiO/α-Al₂O₃催化剂在CH₄/O₂混合气氛下进行程序升温表面反应（CH₄/O₂-TPSR）时,即使升高到910℃也不能引发CPOM反应。添加助剂CuO或La₂O₃后,NiO-CuO/α-Al₂O₃和NiO-La₂O₃/α-Al₂O₃催化剂在CH₄/O₂-TPSR过程中均可以引发CPOM反应。原因分别是CuO促进了CH₄对NiO的还原以及抑制了O₂对Ni0的再氧化,La₂O₃减小了Ni晶粒粒径和还原时扩散阻力促进NiO的还原。     

Partial oxidation of simulated hot coke oven gas to syngas over Ru-Ni/Mg（Al）O catalyst in a ceramic membrane reactor

Hydrogen amplification from simulated hot coke oven gas (HCOG) was investigated in a BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3−δ (BCFNO) membrane reactor combined with a Ru-Ni/Mg(Al)O catalyst by the partial oxidation of hydrocarbon compounds under atmospheric pressure. Under optimized reaction conditions, the dense oxygen permeable membrane had an oxygen permeation flux around 13.3 ml/(cm2·min). By reforming of the toluene and methane, the amount of H2 in the reaction effluent gas was about 2 times more than that of original H2 in simulated HCOG. The Ru-Ni/Mg(Al)O catalyst used in the membrane reactor possessed good catalytic activity and resistance to coking. After the activity test, a small amount of whisker carbon was observed on the used catalyst, and most of them could be removed in the hydrogen-rich atmosphere, implying that the carbon deposition formed on the catalyst might be a reversible process.     

氧载体的氧物种直接氧化甲烷制合成气

甲烷部分氧化制合成气由于合成气中n(H2)/n(CO)接近2,可直接用于甲醇合成或烃类F-T合成等后续工业过程而在国内外受到了广泛的关注。利用氧载体的氧物种在无气相氧下直接选择氧化甲烷制合成气是天然气化工利用的新方法,本文介绍了该方法的基本原理、概念工艺和对氧载体的性能要求,对应用于该方法的铈基复合氧化物的掺杂和助剂对选择氧化甲烷性能的影响、钙钛矿氧化物氧载体的氧缺陷、氧物种迁移、结构稳定性及其氧物种氧化甲烷的性能进行了阐述和分析,提出了控制氧载体表面状态是获得高合成气选择性的关键,并对该技术今后的研究重点进行了展望。     

CFD modeling using heterogeneous reaction kinetics for catalytic dehydrogenation syngas reactions in a fixed-bed reactor

A comprehensive 2D computational fluid dynamics （CFD） model was developed to simulate the flow behavior and catalytic dehydrogenation reaction of syngas in a heterogenous fixed-bed reactor （FBR）. The model combined the porous medium CFD model with a reaction kinetics model. To acquire an accu- rate reaction kinetics model, a comprehensive reaction mechanism was studied for the heterogeneous catalytic dehydrogenation reaction ofsyngas over a supported metal catalyst. Based on the reaction mech- anism and a statistical test, a reliable kinetics model was proposed. The CFD model combined with the above kinetics model was validated with one set of experimental data. The CFD model was also used to predict key reaction variable distributions such as the temperature and the component concentrations in the reactor.     

LaFe_(1-x)Ni_xO_3钙钛矿型氧化物用于甲烷化学链水蒸气重整

采用燃烧法制备了钙钛矿型氧化物LaFe_(1-x)Ni_xO_3(x=0.1、0.15、0.2、0.3)用于甲烷化学链水蒸气重整过程,通过两步分别获得合成气(H_2+CO)和H_2。在固定床反应装置上考察甲烷与载氧体的部分氧化过程以及还原态的载氧体与水蒸气的氧化反应过程。结果表明,CH4与LaFe_(1-x)Ni_xO_3载氧体恒温反应的最佳温度为800~850℃,反应的前10min甲烷与载氧体以部分氧化为主,主要生成合成气H_2和CO。10 min之后反应以CH4裂解为主。水蒸气氧化阶段,Ni的掺杂量为x=0.1和x=0.3时的H_2浓度最高,分别为7.2%和8.3%。     

燃气轮机合成气双旋流非预混燃烧室的设计及实验测试

本文针对上海交通大学25 kW燃气轮机性能试验台的合成气燃烧室开展了设计研究,完成了燃烧室样机的加工与实验测试。研究过程中,首先对合成气燃烧室开展了结构设计;采用双旋流结构的燃烧器进行合成气燃烧火焰组织;采用了燃烧室头部贫燃方式(低当量比)设计以保证燃烧室低排放特性;利用双层壁冷却方式进行火焰筒壁面冷却。在燃烧室结构设计的基础上,利用数值方法系统分析了合成气双旋流非预混燃烧室工作特性,完成了合成气非预混母型燃烧室的设计优化。根据优化方案,完成了燃烧室样机的加工、安装,并进行了实验性能测试。实验结果表明实验工况该燃烧室燃烧稳定,NO_x排放小于25 mg/m~3@15%O_2。     

化学循环重整甲烷制合成气LaB03钙钛矿型氧载体研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同B位可变价离子的La-B-O复合氧载体（B=Cr、Ni）,采用XRD、BET、FT-IR、H2-TPR及CH4-TPSR等进行了表征,并用于化学循环重整（CLR）CH4反应中.结果表明,LaNiO3氧化物更易于与CH4发生深度氧化和选择氧化,LaCrO3氧化物则利于CH4裂解,其氧物种氧化CH4的能力较弱.在连续流动CLR反应中,LaNiO3具有较高的供氧量和持续供氧能力,能将CH4选择氧化为H2/CO=1.45的合成气,其CH4转化率和CO选择性分别达到23.4%和86.9%,且其结构保持了较高的稳定性.