Fe的分散程度对煤焦催化加氢气化的影响

在加压固定床反应器上研究了Fe催化剂在不同比表面积煤焦中分散性对催化加氢气化性能的影响,利用XRD、BET、H₂-TPR、FT-IR、TEM、拉曼光谱对煤焦及催化剂进行了分析表征。结果表明,煤焦活性位点和石墨化程度并非影响催化气化反应的唯一因素,而催化剂的分散性对反应影响更大。煤焦的比表面积越大,Fe催化剂在煤焦表面的分散更均匀,催化剂活性组分平均晶粒粒径越小,并可以促进煤催化加氢气化中间相产物Fe₃C的生成,甲烷收率越高。对于比表面积较高的900-char,在氢气压力为2 MPa,温度为750 ℃,Fe负载量为5%（质量分数）时,催化加氢气化甲烷收率可达53%。在900-char上考察了Fe催化剂负载量对催化加氢气化的影响,甲烷收率呈先增加后降低的趋势,Fe负载量存在饱和点。     

Zr改性Ni/γ-Al2O3催化剂用于浆态相合成气的低温甲烷化

采用浆态床反应器,在低温(300~330 ℃)下进行合成气的甲烷化反应.实验中通过共浸渍法(包括含浸-旋蒸法)制备了锆(Zr)修饰的Ni/γ-Al₂O₃催化剂,并考察其与单一NiO、未掺杂Zr 的Ni/γ-Al₂O₃催化剂的催化性能差异.研究表明,载体γ-Al₂O₃的引入能够明显地提高CO的转化率和甲烷的选择性,而Zr的掺杂会进一步提升催化剂的催化活性.在325 ℃,空速为4 200 mL·g^-1·h^-1时,CO的转化率可以达到86.41%,甲烷选择性为90.53%.催化剂的表征结果表明,Zr的添加促进了Ni在催化剂表面的分散、减弱了活性Ni与载体的相互作用,抑制了低甲烷化活性的NiAl₂O₄的生成,使得催化剂的反应性能得到较大提高.     

等离子体耦合催化焦油脱除同时生物质燃气甲烷化性能研究

以含甲苯的模拟气化燃气(SGG)为对象,在介质阻挡放电耦合Ni/γ-Al2O3反应器上开展同时甲苯脱除及SGG甲烷化实验研究。考察了反应温度、H2/CO比、H2O添加的影响。结果表明,等离子体耦合催化可在400℃实现高效的同时甲苯脱除与SGG甲烷化。H2/CO比为3.2时,甲苯脱除率与焦油脱除率可达100%和97%,CO转化率与CH4选择性可达88%和97%,甲苯脱除与SGG甲烷化过程能量效率可达9.7 g/(kW·h)和17.3 mol/(kW·h)。高H2/CO比与H2O添加可促进甲苯脱除和SGG甲烷化,降低催化剂积炭量并提升积炭石墨化程度,其中,高H2/CO比还可提升SGG热值,获得高甲苯脱除及SGG甲烷化过程能量效率;而H2O添加会降低热值且难获得高CH4选择性,同时不利于SGG甲烷化过程能量效率的提升。此外,SGG甲烷化会抑制甲苯的脱除,而甲苯因浓度较低对甲烷化过程的影响较小。     

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%。     

助剂MgO、CaO对甲烷水蒸气重整Ni/γ-Al_2O_3催化性能的影响

采用固定床装置,考察了以共浸方式引入的助剂MgO、CaO对Ni/γ-Al2O3催化剂在甲烷水蒸气催化重整中的催化反应性能的影响。结果表明,在H2O/CH4/N2的摩尔比为2.86/1/3.28,GHSV为1 800 h-1,反应温度为700℃下,催化剂Ni-CaO/Al2O3催化性能最好;反应初期甲烷转化率可达到96.95%、CO选择性可达68.93%、H2收率可达73.58%。XRD和H2-TPR结果表明,CaO的存在使催化剂中的活性NiO组分增多,还原性和分散性能较好。利用热分析技术对积炭进行考察发现反应10 h后的Ni-CaO/Al2O3催化剂上并未出现导致催化剂失活的炭物种。     

Ni晶粒粒径对Ni/SiO_2催化月桂酸甲酯脱氧制烃性能的影响

采用等体积浸渍-干燥-还原法及等体积浸渍-干燥-焙烧-还原法制备了3种具有不同Ni晶粒粒径的Ni/SiO2催化剂,利用H2-TPR、XRD、TEM、H2-TPR、NH3-TPD及TGA技术对其及前驱体进行了表征,并在固定床反应器上评价了其催化月桂酸甲酯脱氧制十一烷(C11)和十二烷(C12)的性能,分析了Ni晶粒粒径对其脱氧性能的影响。结果表明,采用等体积浸渍-干燥-还原法制备的催化剂中Ni晶粒粒径较小,提高还原温度可以促进Ni晶粒长大。随Ni晶粒粒径增大,月桂酸甲酯的转换频率提高,而C11和C12总选择性、C11/C12物质的量比及裂解产物选择性降低,Ni/SiO2催化剂上月桂酸甲酯脱氧为结构敏感反应。此外,还考察了重时空速对Ni/SiO2催化剂脱氧性能的影响,随重时空速提高,月桂酸甲酯转化率、C11和C12总选择性、C11/C12物质的量比及裂化产物选择性降低。月桂酸甲酯通过脱羰/脱羧反应路径生成的CO/CO2几乎全部加氢转化为CH4,表明Ni/SiO2催化剂具有很高的甲烷化活性。研究还发现,较小Ni晶粒烧结、有机物种吸附及积炭会导致催化剂失活。     

CH_4在Mo/HZSM-5及其改性催化剂上的无氧芳构化(英文)

运用微型固定床反应器装置,研究了Mo/HZSM-5催化剂的Mo载量、金属助剂改性、载体模数对甲烷无氧芳构化反应性能的影响。结果表明,Ni/Mo摩尔比为0.1的Mo-Ni/HZSM-5(SiO2/Al2O3=25)催化性能最好,其稳定性较好,芳烃收率最高可达15.74%;此时甲烷转化率60.24%,芳烃选择性26.13%。     

Ni/SiO2催化剂上甲烷催化裂解制氢

研究了固定床反应器上甲烷在Ni/SiO2催化剂上的裂解反应，并分别用O2、H2O进行催化剂失活/活化循环实验，并对催化剂用XRD进行分析。结果表明,Ni/SiO2催化剂具有良好的催化性能,甲烷转化率～40%，并能在150 min的时间内保持其活性，无论是用空气氧化还是水蒸气汽化，都能有效地活化已失活的催化剂。XRD实验显示，多次裂解－再生循环过程，对催化剂结构没有明显破坏。     

Ni-Fe/蒙脱土催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的研究

采用浸渍法制备了一系列Ni-Fe/蒙脱土(MMT)催化剂,并应用于乙醇水蒸气重整制氢反应(ESR)。采用X射线衍射(XRD)、N_2吸附脱附分析和H_2-程序升温还原(H_2-TPR)表征手段对催化剂的物理化学性质、还原性能、碳沉积等进行了研究。结果表明,Ni-Fe/MMT催化剂中,Ni、Fe高度分散在载体MMT层间及表面,而且Fe的加入降低了Ni颗粒的粒径,增强了Ni~(2+)与载体的相互作用力。以10Ni5Fe/MMT为催化剂,在反应温度为500℃、水醇比为3∶1、空速为12 h~(-1),反应进行30 h后,乙醇转化率为100%,氢气选择性仍保持72%,副产物CO和CH_4含量明显降低。这是因为催化助剂Fe的引入,一方面,提高了Ni的分散度,使得ESR低温活性较好;另一方面,减小了Ni颗粒粒径,小颗粒的Ni有利于抑制甲烷的生成,并且Fe的加入加强了甲烷重整和水煤气变换反应,提高产物中氢气的选择性。     

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.     

煤中负载氢氧化钙对催化气化和甲烷化反应的影响

以不连沟次烟煤为研究对象,在加压固定床中研究Ca(OH)_2对煤气化及负载Ca(OH)_2煤热解半焦的甲烷化反应活性。结果表明,煤中添加Ca(OH)_2能够明显促进气化反应的进行和甲烷的生成,随着气化温度的升高和负载量的增加,碳转化率增加,但负载量存在饱和点。不同的催化剂负载方式对Ca的分散有一定的影响,进而影响其催化性能。含有Ca的半焦能够明显促进甲烷化的进行,出口气甲烷含量随甲烷化温度和催化剂负载量的升高而增强。采用红外光谱分析揭示了煤负载Ca(OH)_2的离子交换机理和扩散过程,这一过程影响煤气化反应性能。     

煤直接液化残渣焦CO2气化反应的研究

比较了流化床条件下神华煤及其直接液化残渣焦在CO2气氛中的气化反应性，考察了添加液化催化剂、脱除矿物质以及脱除重质油对煤直接液化残渣气化反应的影响规律。结果表明，残渣焦的气化反应性比原煤焦好，残渣焦在1000℃和1100℃的气化反应性指数为0.135和0.290，而原煤焦的则为0.118和0.200。脱灰后残渣焦气化反应性低于脱灰后的煤焦，说明直接液化反应后剩余的难液化物质的气化反应性低于煤焦；未经脱灰处理的残渣焦气化反应性高于煤焦，反映了液化过程中富集的矿物质及铁系催化剂的催化气化活性。脱除残渣中的重质油会降低残渣焦的气化反应性。     

负载碳酸钾煤焦上CO甲烷化反应的研究

在加压固定床反应器中,考察了负载碳酸钾的府谷煤热解半焦和不同气化率的部分气化半焦对CO甲烷化反应的催化性能。结果表明,原煤热解半焦和脱灰煤热解半焦的甲烷化活性都很低,而负载10%(质量分数)碳酸钾的热解半焦甲烷化活性明显提高,甲烷收率可达30%。负载碳酸钾的热解半焦水蒸气气化反应速率与碳气化率呈"火山"型关系曲线,在碳气化率为22%时达到极大值。在气化反应速率较高时得到的部分气化半焦上,甲烷化反应速率较低。利用红外光谱对半焦官能团进行分析,发现在热解过程中,碳酸钾和煤发生反应形成C-O-K复合物,在1100 cm-1附近出现特征振动峰,该峰的强度与碳气化反应速率成正比。不同气化率半焦经过甲烷化反应后,红外光谱谱图中C-O-K峰强度不同程度增大。     

Promotion effect of additive Fe on Al2O3 supported Ni catalyst for CO2 methanation

In this paper, the effect of additive Fe on Ni/Al₂O₃ catalyst for CO₂ methanation was studied. A series of bimetallic Ni–Fe catalysts with different Ni/Fe ratios were prepared by impregnation method. For comparison, monometallic Fe‐based and Ni‐based catalysts were also prepared by the same method. The characterization results showed that adding Fe to Ni catalyst on the premise of a low Ni loading(≦12 wt.%) enhanced CO₂ methanation performance. However, when the Ni loading reached 12 wt.%, the catalytic activity decreased with the increase of Fe content, but still higher than the corresponding Ni‐based catalyst without Fe. Among them, the 12Ni3Fe catalyst exhibited the highest CO₂ conversion of 84.3 % and nearly 100% CH₄ selectivity at 50000 ml g^‐1 h^‐1 and 420 °C. The enhancement effect of adding Fe on CO₂ methanation was attributed to the dual effect of suitable electronic environment and increased reducibility generated by Fe species.     

负载碳酸钠煤焦催化气化反应特性研究

基于热重分析仪开展负载碳酸钠神府烟煤/遵义无烟煤煤焦气化实验,并借助扫描电子显微镜和孔结构及比表面积分析仪表征焦样孔结构及表观结构变化,考察了反应温度(650-800℃)、气化剂(水蒸气、二氧化碳)及碳酸钠负载量(钠离子负载量2.2%、4.4%、6.6%,质量分数)对神府烟煤/遵义无烟煤焦样气化反应活性的影响。结果表明,碳酸钠有利于促进神府/遵义煤热解过程孔隙结构的发展。在二氧化碳气氛下,适宜催化剂负载量使神府烟煤反应活性提高,过多负载催化剂堵塞煤焦内部孔隙结构,使得气化反应活性降低,遵义无烟煤反应活性随负载量增加而提高,两者反应活性均随温度升高而提高。在水蒸气气氛下,神府烟煤/遵义无烟煤在一定条件下反应活性随催化剂负载量增大、温度升高而提高。碳酸钠的添加能够在保证气化反应性的前提下降低气化反应温度和活化能。     

负载碳酸钾煤焦-CO2催化气化反应特性的原位研究

以碳酸钾为催化剂,通过高温热台原位研究气化阶段神府/遵义煤焦与催化剂的交互作用,采用热重分析仪,考察气化温度(750~950℃)、催化剂负载量(钾离子负载量2.2%、4.4%、6.6%(质量分数))对煤焦气化反应性的影响。结果表明,K₂CO₃有利于促进神府/遵义煤热解过程孔隙结构的发展。气化温度低于碳酸钾熔点时,大部分煤焦颗粒与CO₂的反应以颗粒收缩形式进行,当气化温度高于碳酸钾熔点时,对于神府煤焦,随着碳骨架快速消耗,在反应后期可观察到明显的熔融态钾催化剂扩散现象;而对于遵义煤焦,其碳骨架稳定消耗缓慢,大部分熔融态钾催化剂存在于煤焦表面。神府/遵义煤焦气化反应活性随碳酸钾负载量的增加而提高。钾催化剂对神府煤焦的催化作用随气化温度的升高先增强后减弱,转折温度点接近碳酸钾熔点,原因为熔融态钾催化剂流动性好,造成部分孔隙结构堵塞,导致钾催化剂催化作用减弱。     

氧化钙催化煤温和气化研究

报道了神木煤在小型流不反应器中,于４５０～７５０℃温度内,用ＣａＯ催化煤温和气化的研究。结果表明：添加ＣａＯ后,气体和半焦产率增加,焦油产率减少;ＣａＯ粒子对煤温和气化生成的焦裂解具有明显催化作用;可以明显增加气相中Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ１～Ｃ５产率,降低半焦中Ｈ／Ｃ比,ＣａＯ还具有明显的固硫和固ＣＯ２作用,最后,推测了煤温和气化中ＣａＯ催化裂解多环芳烃侧链的机理。     

生物质半焦与煤混合气化协同作用的动力学研究

在热重分析仪上进行了稻秆半焦和神府煤与CO₂非等温混合气化实验,升温速率20℃/min,终温1200℃。实验结果表明,两种燃料在热解阶段符合加权计算规律,但是在超过800℃的高温气化阶段具有显著的协同作用。与不考虑协同作用的计算结果相比,添加稻秆半焦的煤焦气化反应速率提高,气化反应结束温度降低26℃,最大失重速率提高22%。协同作用的主要原因是稻秆半焦中碱金属具有催化作用,通过动力学分析表明混合气化活化能比煤焦单独气化要低。     

先锋褐煤焦的铁催化CO2脉冲气化

利用脉冲反应技术研究了先锋褐煤焦ＣＯ２气化反应的铁催化作用，并考察了铁负载量，催化剂前体和制备方法对化活性的影响。研究结果表明，催化剂前体为Ｆｅ（ＮＯ３）３时活性最高ＦｅＣ６Ｈ５Ｏ７次之，ＦｅＣｌ３最小。离子交换制备方法可显著提高ＦｅＣｌ３催化活性，这些因素主要表现在对煤焦表现催化剂浓度的影响，铁对碳化聚丙烯腈的Ｃ 气化具有异常高的催化活性，其活的种可能为铁碳化合物。