甲烷部分氧化制合成气:载体及助剂对Ni系催化剂活性的影响

 采用浸渍法制备了Ni系催化剂，并用程序升温还原和X射线衍射技术对催化剂进行了表征，用固定床微反装置考察了催化剂的催化活性．活性考察结果表明，在Ni担载量为8％的Ni／γ－Al2O3，Ni／δ－Al2O3，Ni／θ－Al2O3和Ni／α－Al2O3四种催化剂上，甲烷部分氧化制合成气反应的活性及产物选择性存在着明显的差异．在770℃下，甲烷转化率及CO和H2的选择性按Ni／γ－Al2O3＜Ni／δ－Al2O3＜Ni／θ－Al2O3≈Ni／α－Al2O3顺序排列．在相同的条件下，加入适量的CeO2助剂后，Ni／γ－Al2O3和Ni／δ－Al2O3上的反应活性和选择性显著提高，而Ni／θ－Al2O3和Ni／α－Al2O3上的活性和选择性却变化不大．同时，表征结果显示，Ni易与γ－Al2O3形成镍铝尖晶石NiAl2O4，加入CeO2助剂能有效地抑制该组分的生成，而Ni／α－Al2O3样品中未发现NiAl2O4．因此，不同Ni／Al2O3催化剂体系上的反应活性及选择性的差异可归结为不同结构Al2O3载体的性质不同，及CeO2对抑制镍铝尖晶石生成的效果不同．  

Ni／Al2O3催化剂上甲烷部分氧化制合成气

研究了Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３催化剂对甲烷部分氧化制合成气的反应性能．结果表明，催化剂在其活性组份Ｎｉ为１０％时反应性能最好．条件实验表明，在６００～９００℃范围内，甲烷转化率和ＣＯ、Ｈ２的选择性随温度升高而增加；转化率和选择性在甲烷空速≤１．５×１０５ｈ－１时基本不变，空速＞１．５×１０５ｈ－１时，转化率和选择性有所下降．随着压力的增加（０．０５～０．４０ＭＰａ），转化率和选择性下降．ＳＥＭ和化学分析结果证明在反应过程中，Ｎｉ组份存在烧结和流失现象．  

甲烷部分氧化制合成气的La2O3助Ni/MgAl2O4催化剂

 用MgO与载体Al2O3在高温下焙烧成MgAl2O4尖晶石,防止了Ni在反应过程中与载体形成NiAl2O4, 促进了Ni在载体表面的分散. 应用CODEX软件优化了La2O3在Ni/MgAl2O4催化剂中的加入量和活化温度. La2O3助Ni/MgAl2O4在本文实验条件下经100 h反应后活性和选择性均未发生变化. 程序升温烧碳结果表明,催化剂表面仅存在一种较高温度下才可除去的碳物种,它可能是石墨碳. XRD和BET结果证实,催化剂具有较高的结构稳定性. 荧光分析结果表明,在100 h的反应过程中活性组分未发生明显流失. 根据脉冲反应结果对以Niδ+-(La2O4-x)δ-作为氧的活性位和Ni0作为甲烷的活性位的直接氧化反应机理进行了初步探讨.  

用晶格氧为氧源的甲烷部分氧化制合成气

 采用热重分析技术在甲烷气氛下考察了储氧材料Fe2O3提供晶格氧的过程，用甲烷／氧切换反应和在线质谱检测方法研究了以Fe2O3晶格氧代替气相氧用于甲烷部分氧化制合成气的可能性．结果表明，Fe2O3在甲烷气氛下的还原过程包括Fe2O3→Fe3O4和Fe3O4→FeO→Fe，甲烷被氧化为CO2和H2O．在750℃下进行的CH4／O2切换反应结果表明，首先，约25％的CH4与Fe2O3中的晶格氧反应，生成CO2和H2O，然后，生成的CO2和H2O与剩余的约75％的CH4在Ni／Al2O3催化剂上进行蒸汽重整和C\r\nO2重整，从而按燃烧－重整机理实现甲烷部分氧化制合成气．选择合适的CH4／O2切换条件，可使甲烷高转化率、高选择性地生成合成气．  

溶胶-凝胶法制备甲烷部分氧化制合成气用催化剂

用溶胶－凝胶法制备了一系列ＮｉＯ／γ－Ａｌ２Ｏ３催化剂，应用低温氮吸附，ＸＲＤ和ＴＰＲ等物理化学方法表征了这种新材料的结构和物化性能。结果表明，由于载体与活性组分间的强相互作用，使溶胶－凝胶法制备的催化剂具有粒度小，活性组分在载体表面均一高分散和热稳定性好等特点，同时，考察了该催化剂上甲烷部分氧化制合成气的反应性能，发现当Ｎｉ含量适当时，可获得高的反应活性和选择性。  

Ni/Al2O3催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应机理

用变应答／质谱在线检测技术研究了Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３催化剂上甲烷部分氧化制合成气的反应要理，研究结果指出，在常压９７３Ｋ条件下，Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３催化剂上甲烷部分氧化制合成气按直接氧化机理进行，Ｈ２和Ｃ烛甲烷部分氧化的一次产物，其主要反应可表示如下：１．ＣＨ４＋ｘＮｉ－ＮｉｘＣ＋２Ｈ２，２．Ｏ２＋２Ｎｉ－２ＮｉＯ，３．ＮｉｘＣ＋ＮｉＯ－ＣＯ＋（ｘ＋１）Ｎｉ。  

Pt/Al2O3和Pt/CeO2/Al2O3催化甲烷部分氧化制合成气反应

研究了Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３和Ｐｔ／ＣｅＯ２／Ａｌ２Ｏ３对甲烷部分氧化制合成气反应的催化活性，发现Ｐｔ／ＣｅＯ２／Ａｌ２Ｏ３显示了更高的烷转化率和合成气选择性，用Ｈ２－ＴＰＲ、Ｈ２－、ＳＥＭ－ＥＤＸ和ＸＲＤ等技术对催化剂进行了表征，ＣｅＯ２和Ｐｔ相互作用促进Ｐｔ在催化剂表面的分散，抑制Ｐｔ在催化剂表面的迁移；降低了催化剂的燃烧活性，提高了催化剂的部分氧化活性和选择性，可避免因催化剂床层局部温度过高而导致  

流化床甲烷部分氧化制合成气Ni催化剂及助剂La的作用

在流化床中，考察了不同Ni担载量的Ni/γ-Al2O3催化剂对POM反应的催化性能，以8％Ni最佳，TPR结果表明。催化剂表面主要有两种化学状态的NiO。当镍担载量≤2％时，催化剂表面 仅存在一种高温下才能被还原的NiO,在Ni催化剂中添加La,可削弱NiO与载体间的相互作用，并且可减缓在CH4＋O2气氛下升温过程中NiO与载体发生强相互作用 生成NiAl2O4，因此添加La的Ni催化剂在750℃就能引发甲烷部分氧化（POM）反应，且反应引发后可获得与经700℃H2还原后的Ni^0催化剂相同的反应性能。  

Ni与Al2O3相互作用对Ni/Al2O3催化甲烷部分氧化制合成气抗积炭性能的影响

Ni/Al2O3是甲烷部分氧化制合成气反应常用的催化剂. 与Rh,Ru,Pt和Ir等贵金属负载型催化剂相比,其活性及选择性与Rh催化剂相近,且成本低,强度高,易于制备,是最具潜在应用前景的催化剂. 但是,在高温反应条件下,其活性组分Ni易烧结和流失,且催化剂表面易积炭而失活[1～3]. 此外,Ni与载体Al2O3在高温下相互作用生成难还原的NiAl2O4尖晶石,导致活性组分减少,造成催化剂活性下降. 人们通常都只注意到NiAl2O4的惰性,为了避免NiAl2O4晶相的生成,在消弱Ni与Al2O3之间的相互作用,提高催化剂的活性和稳定性等方面做了大量研究[4～7],但有关Ni与Al2O3之间的相互作用对稳定金属Ni的作用方面的报道却较少. Al-Ubaid等[8]发现Ni负载在NiAl2O4上显示出比其它载体更好的稳定性. Pena等[9]发现,NiAl2O4在乙炔加氢反应中有抑制积炭的作用. 范文浩等[10]在甲烷-二氧化碳重整制合成气催化剂的研究中,发现NiAl2O4的形成使催化剂的抗积炭性能大为改善,增强Ni-Al2O3相互作用,能有效地抑制碳丝生长. 本文在固定床流动反应装置上考察了Ni/Al2O3在甲烷部分氧化制合成气过程中的催化性能,并用XRD,XPS和TPR等手段考察了Ni负载量、焙烧温度和还原条件等对催化剂中Ni与Al2O3之间的相互作用及其对抗积炭性能的影响.  

Mo2C/Al2O3催化剂用于甲烷部分氧化(POM)制合成气的研究

制备了一系列不同Mo2C担载量的Mo2C／A1203催化剂，利用微型固定床反应器对其POM反应进行了活性评价，并采用XRD、SEM和BET等方法进行了结构表征．实验结果表明，纯Mo2C催化剂在反应初期有较高的CH4转化率，但CO和H2的选择性很低，随着反应时间的增加，CH4转化率急剧下降．Mo2C担载量小于24．8％的催化剂，随担载量增加，CH4转化率明显升高．同时，随着反应时间的增加，CH4转化率有所下降，CO和H2的选择性则明显升高．Mo2C担载量在35．4％—42．5％的催化剂，具有好的CH4转化率和CO、H2选择性，但担载量过高时，CH4转化率会随反应时间的增加而下降．结构表征表明，未担载的和担载的碳化物催化剂均为β-Mo2C，担载量小于10．6％时，Mo2C高度分散于A12O3表面，担载量较高时，Mo2C颗粒变大，比表面减小．