Ni基催化剂上甲烷与空气或O_2/水蒸气部分氧化制合成气(英文)

在固定床反应器中考察了Ni基催化剂上甲烷氧化与空气或O2/水蒸气部分氧化制合成气的反应。用空气取代纯氧同样能获得高甲烷转化率和产物选择性。水的添加主要发生水气变换反应,同时也能降低催化剂上积炭。在甲烷与纯氧500小时反应的稳定性考察中,甲烷转化率、CO及H2选择性分别保持在90％、95％和95％以上;反应后上层催化剂的Ni含量从新鲜催化剂的7.2％下降到5.2％,在反应后的催化剂上没有发现积炭和相变。     

添加贵金属的Ni/α-Al2O3催化剂甲烷部分氧化制合成气的研究

甲烷部分氧化制合成气因其高空速、高转化率、低H2/CO比而引起人们的重视[1～5].本文研究了在Ni/α-Al2O3催化剂中添加的Rh、Ru、Pt和Pd等贵金属在甲烷部分氧化制合成气反应中的催化作用,重点研究了添加Pt对Ni/α-Al2O3催化剂反应性能的影响.     

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.     

微波辐照引发甲烷部分氧化制合成气Ⅰ.反应条件对Ni/La2O3催化剂催化活性的影响

甲烷部分氧化可直接制得H2/CO比为2的合成气,该反应具有高活性、高选择性、高时空收率和反应温度较低等特点,有可能替代水煤气变换反应制取F-T合成和甲醇合成原料.因此,近年来甲烷部分氧化(POM)制合成气受到了人们的极大关注[1～7].我们的研究结果[4]表明,在微波场中进行的POM反应与常规加热条件下相比较,前者具有反应速率加快、催化床层温度降低、反应物的转化率和产物的选择性均得到改善等优点.在实验中我们还注意到,当原料气的空速增大到某一值后,一旦用微波辐照将反应引发,即可停止辐照,仅靠反应自身放出的热量就能维持反应的继续进行.显然,这对于降低能耗、节约能源大有益处.为此,本文以Ni/La2O3作催化剂,考察了微波辐照引发甲烷部分氧化制合成气的反应行为.     

Ni/Al2O3催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应积炭的研究

合成气制备;Ni/Al2O3催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应积炭的研究     

微波辐照引发甲烷部分氧化制合成气 Ⅱ.Ni/La2O3,Ni/ZrO2,Co/La2O3和Co/ZrO2的催化性能

甲烷部分氧化(POM)制合成气所用的催化剂主要是负载型Rh、Ni等过渡金属催化剂和复合(或混合)氧化物催化剂等[1～9].其中以活性组分Rh的催化活性最佳,稳定性也最好.但由于Rh的价格昂贵,因而其应用受到限制.Chen等[3]曾比较了第一系列过渡金属催化剂的催化活性,结果发现,只有Ni和Co对POM反应具有较高的活性和选择性.     

在改进的Ni基催化剂上的甲烷部分氧化制合成气反应

 本文采用高温分解和焙烧硝酸盐的方法合成了一系列Ni基六铝酸盐催化剂BaNiyAl12-yO19-δ (y=0.1、0.3、0.6、0.9和1.0)，并对它们在甲烷部分氧化制合成气反应中的催化性能、催化剂表面积碳及活性组分Ni流失等情况进行了考察。结果表明，该催化剂对甲烷部分氧化制合成气反应具有较好的催化活性，在850 ℃，甲烷转化率和CO选择性分别可达92%和95%。并且催化剂BaNiyAl12-yO19-δ (y=0.3)在100小时的POM反应后，催化剂表面积碳很少，积碳量仅为样品净重的0.8%，特别是100小时反应后，催化剂表面活性组分Ni没有发生流失。这种低积碳量和无活性组分Ni流失与催化剂结构中Ni与相邻原子间的强相互作用有关。     

两段法甲烷催化氧化制合成气研究

提出了一种将甲烷低温催化燃烧和部分氧化相结合制取合成气的新方法 ,考察了反应条件对Pd Pt催化剂上的甲烷低温燃烧反应性能以及Ni-La2 O3 MgAl2 O4 -Al2 O3催化剂上甲烷催化氧化制合成气反应性能的影响。结果表明 :采用两个串联固定床反应器和分段进氧 ,不仅可以使反应原料偏离爆炸极限 ,确保过程的安全操作 ;而且一段反应器采用低温进料 ,通过少量甲烷催化燃烧 ,为二段反应提供含有少量CO2 、H2 O等氧化产物的反应原料。在二段反应器中 ,放热的甲烷部分氧化反应和吸热的蒸汽重整及CO2 重整反应同时进行 ,可避免催化剂床层飞温 ,使反应基本上在绝热恒温条件下进行 ,可用两个串联的固定床反应器实现甲烷部分氧化制合成气反应。在适合的反应条件下 ,甲烷转化率可达 93% ,H2 和CO选择性分别为 97%和 98%。     

甲烷在Ni/TiO2催化剂表面的活化

考察了Ni/TiO2催化剂甲烷部分氧化和二氧化碳重整制合成气的反应活性,实验表明,以TiO2为载体的镍系催化剂对于甲烷部分氧化制合成气反应具有较好的活性,尤其对H2的选择性较高,对二氧化碳重整制合成气反应具有较好的低温反应活性.采用脉冲-质谱在线分析等技术,在无气相氧条件下向Ni/TiO2催化剂脉冲CH4,发现甲烷在催化剂表面的活化（转化）及其氧化产物的选择性与金属催化剂表面氧的浓度密切相关.CH4与Ni/TiO2催化剂作用过程中存在明显的氢溢流和氧溢流现象,可能是这种溢流效应使得Ni/TiO2催化剂具有良好的反应活性和抗积碳性能.     

钙钛矿型复合氧化物在甲烷部分氧化反应中催化性能的研究

自 1 990年以来 ,由甲烷部分氧化制合成气 ( POM)的反应作为对传统甲烷水蒸气重整反应的一个重大改进而受到高度重视 [1] .目前 ,在 POM反应中 ,研究较多的催化剂体系大致可分为贵金属 ( Pt,Pd,Rh,Ru及 Ir) [2 ,3] 以及以 Ni和 Co为主的 B族过渡金属催化剂[4～ 6 ] .最近 ,Hayakawa等 [7,8] 报道了具有钙钛矿结构的复合氧化物 Ca1- x Srx Ti1- y My O3-δ( M=Cr,Fe,Co或 Ni)在甲烷部分氧化制合成气反应中具有一定的催化活性 .本文以本组开发的钙钛矿型复合氧化物 Ba0 .5Sr0 .5Co0 .8Fe0 .2 O3-δ(简称BSCFO)和 Ba0 .5Sr0 .5…     

甲烷部分氧化制合成气Ni/MgO和Ni-MgO/MgO催化剂的研究

甲烷氧化偶联制乙烷、乙烯以及甲烷选择氧化制甲醇、甲醛等反应 ,因其转化率和收率低 ,故短期内无法实现工业化 .目前 ,工业上应用甲烷蒸汽转化制合成气 ,进而合成氨等化工产品 .甲烷蒸汽转化制的合成气 ,其 H2 /CO≥ 3,不适用于甲醇合成和 F- T合成 .而甲烷部分氧化制的合成气 ,其H2 /CO≤ 2 ,因而最适合用于甲醇合成和 F- T合成 ,故近 1 0年来倍受科学家的关注[1 ,2 ] .在 CH4部分氧化制合成气中 ,钌、铑、钯、铂等贵金属催化剂的活性高、选择性好、稳定性好[1 ] ,但价格昂贵 (负载量以 1 2 %～ 4 0 %为佳 ) ,因而难以实现商品化 .N…     

Ni/SiO_2在甲烷部分氧化反应中的稳定性:W修饰的影响

甲烷部分氧化制合成气反应(POM)是天然气、页岩气资源利用的重要途径之一,常用的Ni/SiO2催化剂在反应中易发生表面积炭而失活。为了解决这一问题,我们采用尿素沉淀法制备W修饰的Ni基催化剂,并考察其在POM反应中的稳定性和W的作用。结果表明,催化剂中适量W的存在可显著改善其POM反应稳定性。其原因为Ni-W作用修饰了Ni的化学态或其亲氧能力,从而改善了其表面抗积炭能力。此外,反应中催化剂表面形成的α-WC具有一定的抑制表面积炭形成的能力,且该α-WC具有良好的稳定性。     

高稳定性Ni/SBA-15催化剂的结构特征及其对二氧化碳重整甲烷反应的催化性能

 采用浸渍法制备了Ni含量为2.5%～20%的系列Ni/SBA-15催化剂,在常压连续流动固定床反应器上考察了催化剂对二氧化碳重整甲烷制合成气的催化性能,并用X射线衍射和N2吸附法研究了Ni/SBA-15催化剂的结构特征. 结果表明, Ni/SBA-15催化剂具有很高的CH4和CO2转化率, 12.5%Ni/SBA-15催化剂在800 ℃反应600 h后活性没有明显下降,但反应710 h后CH4的转化率下降了约50%, CO2的转化率下降了约25%. 其活性下降的主要原因是催化剂积炭. 在高温条件下反应时, SBA-15的介孔结构也没有遭到破坏,分子筛的孔壁能有效阻止活性组分Ni的团聚. SBA-15孔中组装一定量的Ni活性组分后,除了SBA-15的介孔外,还会形成另外一种较小的孔,但这不影响SBA-15的有序介孔结构,只是其孔径、孔容和BET比表面积降低.     

流化床中 CH4/C3H8 自热重整制合成气

 在流化床反应器中, 考察了 Ni/SiO2 催化剂上 CH4 或 CH4-C3H8 临氧 CO2 重整 (自热重整) 制合成气反应性能. 结果表明, 在 CH4-C3H8 混合气自热重整反应中, Ni 粒径较小催化剂的活性和抗积炭性能较高, CH4 和 CO2 转化率分别达 75.5% 和 72.6%. C3H8 比 CH4 更易解离及被氧化, 部分 C3H8 解离出来的中间产物 CHx 物种可与吸附 H 结合为 CH4, 因而降低了 CH4 的表观转化率; CHx 也可与吸附的 CO2 物种反应生成 H2 与 CO, 从而促进了 CO2 的转化.     

NiO/La2O3催化剂上甲烷催化部分氧化制合成气的研究

采用浸渍法制备了一系列不同N i含量的N iO/La2O3催化剂,并利用XRD、BET对催化剂结构进行了表征,采用常压下固定床石英管反应器考察了催化剂对甲烷部分氧化制合成气的反应性能和催化剂的稳定性,其甲烷转化率与反应温度、N i含量以及空速有关.结果表明,N i含量为30%的N iO/La2O3催化剂具有良好的催化活性,800℃时甲烷的转化率为88%,CO选择性可达83%,100 h的连续测试显示N iO/La2O3具有良好的稳定性.     

六铝酸盐LaMA111O19—δ催化CO2重整甲烷制合成气

CO2重整甲烷制合成气催化剂大都采用负载型Ni或Ru,Rh,Pd,Pt和Ir等贵金属[1～4],这些催化剂虽表现出较高的催化活性,但因其价格或积炭烧结等原因,很难大规模开发和应用.     

六铝酸盐LaMAl11O19-δ催化CO2重整甲烷制合成气

CO2重整甲烷制合成气催化剂大都采用负载型Ni或Ru,Rh,Pd,Pt和Ir等贵金属[1～4],这些催化剂虽表现出较高的催化活性,但因其价格或积炭烧结等原因,很难大规模开发和应用.     

抗积炭CH_4/CO_2重整用Ni/Al_2O_3催化剂

甲烷转化制备的合成气是合成液体燃料和含氧有机化合物的原料 .甲烷转化制合成气的方法有甲烷蒸汽重整、甲烷部分氧化和甲烷、二氧化碳重整 3种 [1～ 3] .对于 CH4/CO2 重整反应 ,调节进料比可制备出 H2 /CO≤ 1、富含 CO的合成气 ,它适于羰基合成和 F- T合成 .这种方法一方面充分利用碳资源 ,缓解能源危机 ;一方面可减少温室气体的排放 ,改善人类的居住环境 .目前倍受关注 .CH4/CO2 重整制合成气 ,Rh、Ru、Pd、Ir等贵金属有很高的活性和稳定性 [4] .但其价格昂贵 ,高温易流失 ,商业化困难 .Ni基催化剂的活性与贵金属相当 ,但它易积…     

Ni/CeO_2-SiO_2催化剂的制备、表征及其甲烷部分氧化制合成气性能（英文）

以硝酸亚铈(Ce(NO3)3·6H2O)和正硅酸四乙酯(C8H20O4Si)为前驱体,采用溶胶-凝胶法合成了系列具有大比表面积的xCeO2-(1.x)SiO2(x=0,0.25,0.50,0.75,1)复合氧化物载体,然后浸渍活性组分Ni制得用于甲烷部分氧化制合成气的Ni催化剂.运用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见漫反射光谱、氢程序升温还原、氨程序升温脱附和热重等手段对所得催化剂的组织结构、还原性、表面酸性和积炭行为等进行了表征;同时考察了催化剂的组成、焙烧温度和反应时间等对催化剂在甲烷部分氧化制合成气中催化性能的影响.表征结果表明,该系列Ni/CeO2-SiO2催化剂具有大比表面积,CeO2晶粒较小,NiO的分散性好且易被还原,表面酸性弱,不容易积炭.当Ce/Si摩尔比为1:1,活性组分Ni的质量分数为10%,焙烧温度为700°C时,所制备的Ni/CeO2-SiO2催化剂表现出较好的稳定性、最高的CH4转化率(~84%)和对产物CO及H2的选择性(87%).     

加压条件下BaNi0.3Al11.7O19-δ催化剂上甲烷部分氧化制合成气

 考察了加压(0.2～1.0 MPa)条件下BaNi0.3Al11.7O19-δ催化剂对甲烷部分氧化(POM)制合成气反应的催化性能,并且与LiLaNiOx/γ-Al2O3的POM催化性能进行了比较. BaNi0.3Al11.7O19-δ催化剂具有良好的POM催化性能,在850 ℃和1.0 MPa下,可得到75%的甲烷转化率和85%的CO选择性. 在60 h的连续实验中,催化剂活性及选择性基本保持不变,显示出较高的催化稳定性. 用XRD,XPS和TG/DTA表征手段研究了反应前后催化剂的晶体结构、表面性质以及积碳行为,结果表明该催化剂具有较强的抗Ni流失和抗积碳能力. BaNi0.3Al11.7O19-δ 的六铝酸盐结构中Ni离子和相邻原子之间的相互作用使其具有较高的热稳定性及结构稳定性,从而显示出良好的POM催化活性和稳定性.