临CO_2气氛下钼基催化剂耐硫甲烷化性能研究

在反应温度550℃、空速5 000 h~(-1)和1.2%H_2S浓度下,考察了反应气中添加CO_2对负载型Mo基催化剂甲烷化活性的影响。结果表明,添加CO_2会促进逆水煤气变换反应,从而降低Mo O_3/Al2O_3催化剂的耐硫甲烷化活性。与Mo O_3/Al2O_3催化剂相比,添加CO_2对铈铝复合载体负载的Co-Mo双组分催化剂的影响较小。通过表征发现,添加CO_2引起催化剂活性下降的主要原因是由于其增强了逆水煤气变换反应过程,使甲烷化过程可用氢气量减小。另外,逆水煤气变换反应生成的水会影响催化剂表面结构和组成。在连续加入10%CO_220 h后停止加入CO_2,催化剂的耐硫甲烷化活性可以得到恢复,因此,认为CO_2加入量低于10%时,对催化剂及甲烷化反应的影响是可逆的;但CO_2加入量大于10%后由于生成的水量增大会破坏催化剂的结构并减少活性位,从而造成催化剂的不可逆失活。     

铈铝复合载体对钼基催化剂耐硫甲烷化催化性能的研究

采用共沉淀法、浸渍法和沉积沉淀法制备了CeO₂-Al₂O₃复合载体,比较了不同复合载体浸渍钴钼后的耐硫甲烷化催化性能,并优化了复合载体中CeO₂的含量。结合N₂物理吸附、XRD、H₂-TPR等表征手段对复合载体及其负载的钴钼催化剂进行物相和结构分析发现,在Al₂O₃中添加CeO₂可以明显提高合成气的耐硫甲烷化活性,其中,沉积沉淀法制备的25% CeO₂-Al₂O₃复合载体负载钴钼后具有最佳催化活性。     

沉淀剂对镍基甲烷化催化剂性能的影响

利用尿素、碳酸铵、氨水三种沉淀剂制备了不同的镍基甲烷化催化剂,考察了沉淀条件对催化剂性能的影响。通过XRD、H₂-TPR、BET、TPO等方法对催化剂进行表征。结果表明,使用不同沉淀剂所得催化剂性能各不相同。采用尿素沉淀剂,颗粒的比表面积达到了223.55m²/g,具有较稳定的催化活性;碳酸铵沉淀颗粒粒径较大,分散也不够均匀,催化剂更容易积炭;氨水沉淀制备的催化剂粒径小,与载体结合性强,高温下活性组分易于流失。分析认为,沉淀剂影响了催化剂前驱体的形态和结构,造成了分散度、晶相结构、对氢的吸附性质以及抗积炭性等多方面的差异,表现出甲烷化反应活性和稳定性的不同。     

外循环式耐硫甲烷化反应器分析

建立了耐硫甲烷化循环式反应器的拟均相一维模型，考察了床层直径，循环比，入口气体温度及压力和温度范围对反应器操作的影响，结果表明：循环比和温度操作范围是反应器操作的决定因素，对日产５万标准立方煤气的反应器进行了优化设计分析。     

SDM—1型耐硫催化剂甲烷化反应动力学：II.宏观动力学模型

本文以工业应用为目的，采用内循环无梯度反应器，在５７３－６７３Ｋ，０．３０－１．２０ＭＰａ的条件下，原料气组成为Ｈ２ ５０－５４％，ＣＯ１１．７－２０．７％，ＣＨ４ ２．１－１４．３％，ＣＯ２ ６．４－１１．５％，Ｎ２ １２．２－１８．１％范围内，研究了φ×３ｍｍＳＤＭ－１型城市煤气耐硫甲烷化催化剂的宏观动力学方程选择 ＣＯ＋３Ｈ２＝ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ （１） ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ２＋Ｈ２ （２）     

SDM—1型耐硫催化剂甲烷化反应动力学：I.本征动力学模型

本文研究了ＳＤＭ－１型城市煤气耐硫甲烷化催化剂的本征动力学，在５７３－６７３Ｋ，０．３０－１．２０ＭＰａ的反应条件下，原料气的组成为Ｈ２ ４２－４５％，ＣＯ１１－２４％，ＣＨ４ １．８－１５％，ＣＯ２５．８－１７％，余者为Ｎ２气，采用幂函数模型回归的动力学方法为：     

助剂对Ni基催化剂结构及甲烷化性能的影响

本文采用等体积浸渍制备了掺杂不同金属助剂改性的Ni基催化剂,考察了其催化浆态床CO甲烷化的性能。通过XRD、H₂-TPR、HR-TEM等表征对催化剂进行了分析,结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂促进了Ni物种在载体表面的分散,减小了Ni的晶粒尺寸,降低了催化剂的还原温度;掺杂Mg助剂则导致催化剂的还原温度升高。浆态床活性评价结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂提高了催化剂的甲烷化性能,其中以La助剂的效果最明显,通过对La负载量进一步优化后发现,当La负载量为8%时,催化剂的甲烷化催化性能最优,CO转化率、CH₄选择性和时空收率分别达到96.3%、87.1%和179.6g·kg^-1·h^-1;掺杂Mg助剂则降低了催化剂的甲烷化活性。     

助剂对Ni基催化剂结构及甲烷化性能的影响

本文采用等体积浸渍制备了掺杂不同金属助剂改性的Ni基催化剂,考察了其催化浆态床CO甲烷化的性能。通过XRD、H2-TPR、HR-TEM等表征对催化剂进行了分析,结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂促进了Ni物种在载体表面的分散,减小了Ni的晶粒尺寸,降低了催化剂的还原温度;掺杂Mg助剂则导致催化剂的还原温度升高。浆态床活性评价结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂提高了催化剂的甲烷化性能,其中以La助剂的效果最明显,通过对La负载量进一步优化后发现,当La负载量为8%时,催化剂的甲烷化催化性能最优,CO转化率、CH4选择性和时空收率分别达到96.3%、87.1%和179.6 g·kg-1·h-1;掺杂Mg助剂则降低了催化剂的甲烷化活性。     

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。     

氧化锆改性的Ni/LaAl11O18用于CO甲烷化反应:催化剂结构对催化性能的影响

对于煤制天然气,CO甲烷化技术起着重要作用,其研究核心之一是高效催化剂的开发.目前,CO甲烷化催化剂主要采用金属Ni作为活性组分,但存在高温易烧结和易积炭等问题.因此,如何使其同时具有较高的催化活性和高温稳定性是亟待解决的问题.针对这些问题,本文以高热稳定性的六铝酸镧(LaAl11O18)为载体,采用浸渍法担载金属镍,制备了Ni/LaAl11O18催化剂;以高化学惰性的ZrO2为包覆层,采用改进的连续吸附反应法,将ZrO2前驱体液相沉积在Ni/LaAl11O18表面进行改性,制备了具有包覆结构的Ni/LaAl11O18@ZrO2甲烷化催化剂.探讨了ZrO2在Ni/LaAl11O18表面的分布形式以及不同沉积包覆量对催化剂结构、CO甲烷化催化剂活性和稳定性的影响.分别采用氮气物理吸附、X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、氢气程序升温还原、氢气程序升温脱附、X射线光电子能谱、热重分析和电感耦合等离子体原子发射光谱法等手段对催化剂进行了系统表征.结果表明,ZrO2纳米粒子能够同时分布在催化剂活性组分和载体表面,增加了金属?载体间相互作用力,高温还原时可以有效抑制活性金属Ni的烧结,成功构筑了具有显著限域结构的包覆型催化剂.同时,ZrO2的包覆不利于金属的氢气化学吸附.在常压,260?600 oC和120 L g?1h?1条件下对催化剂进行了催化活性测试.结果显示,与未改性的催化剂相比,包覆后催化剂上CO转化率略有降低,但是其CH4选择性明显提高,适量的ZrO2包覆对CH4得率有较好的促进作用,但是过量的ZrO2包覆会因占据过多的金属镍表面使得CO转化率显著降低.在常压,550 oC和120 L g?1h?1空速的操作条件下所进行的107 h稳定性测试结果表明,包覆型Ni/LaAl11O18@ZrO2催化剂展示了良好的高温稳定性,具有优异的抗烧结和抗积碳性能.这主要是因为包覆型催化剂具有良好的"限域"效应,从而显著改善了催化剂的抗烧结性能;同时较强的金属?载体相互作用以及ZrO2助剂对CO2的活化提升了催化剂的消碳能力,增强了Ni/LaAl11O18@ZrO2催化剂的抗积碳能力.总之,本文构筑了一种高稳定性的包覆型催化剂Ni/LaAl11O18@ZrO2,可广泛应用到其他多种高温反应中.     

液相中镍催化剂催化合成气甲烷化的初步研究

采用液相还原法制备非负载型镍催化剂,将非负载型镍催化剂分散在液相供氢溶剂十氢萘中,催化合成气甲烷化反应。在高压反应釜内,考察了反应温度、物质的量比等操作条件下,镍催化剂催化合成气甲烷化反应的反应活性。并对催化剂进行XRD、SEM、H2-TPR表征分析。研究结果表明,在330℃、催化剂用量为2%时,产品气中甲烷含量可达89.39%,CO和H2的转化率分别为94.56%和92.60%;催化剂用量为4%时,产品气中甲烷含量可高达94.26%,CO的转化率可达到99%以上。合成气甲烷化反应的最佳操作温度为330℃,H2/CO物质的量比最佳为2.20~2.67。     

Effect of cobalt and its adding sequence on the catalytic performance of MoO3/Al2O3 toward sulfur-resistant methanation

The effect of promoter cobalt and the sequences of adding cobalt and molybdenum precursors on the performance of sulfur-resistant methanation were investigated. All these samples were prepared by impregnation method and characterized by N₂-adsorption, X-ray diffraction (XRD), temperature-programmed reduction (TPR) and laser Raman spectroscopy (LRS). The conversions of CO for Mo-Co/Al, Co-Mo/Al and CoMo/Al catalysts were 59.7%, 54.3% and 53.9%, respectively. Among these catalysts, the Mo-Co/Al catalyst prepared stepwisely by impregnating Mo precursor firstly showed the best catalytic performance. Meanwhile, the conversions of CO were 48.9% for Mo/Al catalyst and 10.5% for Co/Al catalyst. The addition of cobalt species could improve the catalytic activity of Mo/Al catalyst. The N₂-adsorption results showed that Co-Mo/Al catalyst had the smallest specific surface area among these catalysts. CoMoO₄ species in CoMo/Al catalyst were detected with XRD, TPR and LRS. Moreover, crystal MoS₂ which was reported to be less active than amorphous MoS₂ was found in both Co-Mo/Al and CoMo/Al catalysts. Mo-Co/Al catalyst showed the best catalytic performance as it had an appropriate surface structure, i.e., no crystal MoS₂ and very little CoMoO₄ species.     

High CO methanation activity on zirconia-supported molybdenum sulfide catalyst

In this study, different methods were used to prepare MoO3/ZrO2 catalysts for sulfur resistant methanation reaction. It was found that MoO3/ZrO2 catalyst prepared by one-step co-precipitation method achieved high methanation performance. CO conversion could reach up to 90% on 25 wt% MoO3/ZrO2 catalyst, much higher than that on the conventional 25 wt% MoO3/Al2O3 catalyst. The Mo-based catalysts were characterized by XRF, XRD, Raman, BET, TEM and H2-TPR etc. It was found that MoO3 particles were highly dispersed on ZrO2 support for 25 wt% MoO3/ZrO2 catalyst prepared at 65-85℃ because of its relatively larger pore size, which contributed to a high CO conversion. Meanwhile, when MoO3 loading exceeded the monolayer coverage, the formed crystalline MoO3 and ZrM020g might block the micropores of the catalyst and make the methanation activity declined. These results are useful for preparing highly efficient catalyst for CO methanation process.     

ZrO2助剂对Ni/SiO2催化剂CO甲烷化催化活性及其吸附性能的影响

采用连续流动微反装置和原位漫反射红外光谱法考察了Ni/SiO₂及添加ZrO₂助剂的Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂CO甲烷化催化活性和吸附性能。结果表明,在CO体积分数 1%、空速 5000h^-1、常压的反应条件下,200℃时Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂可将CO完全转化。而相同反应条件下Ni/SiO₂催化剂上CO的转化率仅为35%,直至270℃时方可将CO完全转化。由此可见,ZrO₂助剂的添加明显提高了Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂的CO甲烷化催化活性。同时,ZrO₂助剂的添加显著提高了Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂对CO的吸附能力,H₂存在时可通过在较低温度时形成较多的桥式羰基氢化物来提高Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂的CO甲烷化催化活性;CO甲烷化反应条件下,Ni/SiO₂和Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂上C-O键的削弱和断裂是经由羰基氢化物 多氢羰基氢化物的途径,而不是经由C-O键的直接断裂途径。     

Highly selective CO methanation over amorphous Ni-Ru-B/ZrO_2 catalyst

Amorphous Ni-Ru-B/ZrO_2 catalyst was prepared by the means of chemical reduction,and selective CO methanation as a strategy for CO removal in fuel processing applications was investigated over the amorphous Ni-Ru-B/ZrO_2 catalyst.The result showed that,at the temperature of 210-230℃,the catalyst was shown to be capable of reducing CO in a hydrogen-rich reformate to less than 10 ppm,while keeping the CO_2 conversion below 1.55%and the hydrogen consumption below 6.50%.