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.     

Ni/Al2O3催化剂上CH4部分氧化制合成气反应积碳的原因

 采用程序升温在线质谱分析方法,研究了常压条件下CH4在Ni／Al2O3催化剂上分解所形成的碳物种,发现CH4分解形成的NixC会首先转化成不与CO2反应,但在700℃左右可与O2反应的碳;这种碳再向需在800℃才能与O2反应的石墨碳转化．在较低的温度下,NixC向石墨碳转化的速度较慢,而在高温条件下转化速度大大加快．在700℃下,Ni／Al2O3催化剂上的CH4部分氧化制合成气反应生成的积碳主要为石墨碳,是由CH4分解形成的NixC转化而成的．在催化剂中添加适当的助剂,可提高NixC与氧的反应活性,抑制其向石墨碳转化,是改善催化剂抗积碳性能的有效途径．     

Ni／Al2O3催化剂上CH4发氧化制合成气反应积炭的原因

采用程序升温在线质谱分析方法,研究了常太条件下CH4在Ni/Al2O3催化剂上分解所形成的碳物种,发现CH4分解形成的NixC会首先转化成不与CO2反应,但在700℃左右可与O2反应的碳;这种碳再向需在800℃才能与O2反应的石墨碳转化,在较低的温度下,NixC向石墨碳转化的速度较慢,而在高温条件下转化速度大大加快,在700℃下,Ni/Al2O3催化剂上的CH4部分氧化制合成气反应生成的积炭主要为石墨碳,是由CH4分解形成的NixC转化而成的,在催化剂中添加适当的助剂,可提高NixC与氧的反应活性,抑制其向石墨碳转化,是改善催化剂抗积碳性能的有效途径。     

焙烧气氛对Ru/Al2O3催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应性能的影响

采用气相色谱、质谱和原位时间分辨红外光谱等技术对空气和Ar气氛中焙烧的Ru/Al2O3催化剂样品上甲烷部分氧化(POM)制合成气反应进行了跟踪,并采用化学吸附、X射线衍射、拉曼光谱和H2-程序升温还原等技术对催化剂进行了表征.结果表明,在Ru/Al2O3-Air上POM反应出现振荡现象,而在Ru/Al2O3-Ar上则可...     

不同压力下Ni／Al2O3催化剂上CH4部分氧化制合成气反应比较

采用以质谱为检测器的程序升温和瞬变实验技术研究了0．1Mpa和0．7MPa条件下CH4部分氧化制合成气反应,结果表明,与0．1MPa条件下一样,在700度,0．7MPa下CH4可以在金属镍活性中心上迅速分解生成H3和表面NixC,但CH4不能在NiO上分解,也不能被其氧化,CH4的分解,作为在Ni/Al2O3催化剂上进行部分氧化制合成气反应的第一步,是一个体积增大的反应因而加压会抑反应的进行,正是由于在加压条件下CH4的分解受到抑制,才使得在0．7MPa下CH4的转化率明显低于0．1MPa,此外,加压有助于维持催化剂表面处于还原状态,这有利于反应高转化率,高选择性地进行。     

Ni/Al2O3催化剂上甲烷部分氧化制合成气

本研究了Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３催化剂的表面特征以及其与ＣＨ４部分氧化制合成气反应性能的关系。ＴＰＲ，ＸＲＤ和评价结果表明，催化剂Ｎｉ组分含量在９．０％时反应性能最佳，反应过程中催化剂表面上部有部分镍氧化物在５２０～５４０℃就还原，反应条件实验表明，在１１．５２×１０＾５ ｍｌ．ｇ＾－１下，随着反应管外控制温度的升高，ＣＨ４转化率，ＣＯ和Ｈ２选择性及收率增加，在７００℃下，随着原料气空速的增加，ＣＨ４转     

改性Mo2C／Al2O3催化剂用于甲烷部分氧化制合成气

 制备了含有少量Ni，Co，Cu或K的Mo2C／Al2O3催化剂，用于甲烷部分氧化（POM）制合成气反应，并用程序升温表面反应（TPSR）进行了表征．Ni可以促进氧化钼被氢还原，进而促进氧化钼的碳化及甲烷的活化，故Ni改性催化剂具有很高的催化活性和选择性，并且有很高的催化稳定性．Co也可以促进氧化钼的碳化及甲烷的活化，故Co改性催化剂也具有较高的催化活性和稳定性．Cu的添加有利于氧化钼的碳化及甲烷的活化，故Cu改性催化剂在开始阶段表现出对甲烷转化的促进作用，但随后其促进作用消失，与Cu的存在状态发生变化有关；Cu改性催化剂具有较低的选择性，则与其促进氧的活化作用有关．K的添加不利于氧化钼的碳化及甲烷的活化，故K改性催化剂的催化活性和选择性较低．     

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.     

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．     

不同Ni前驱物对Ni催化剂甲烷部分氧化制合成气的影响

考察了由硝酸镍,醋酸镍和氯化镍为前驱物制备的催化剂（分别记为Ｎｉ－Ｎ,Ｎｉ－Ａｃ和Ｎｉ－Ｃｌ）对催化甲烷部分氧化反应的影响,并结合和ＴＧ等手段对催化剂进行了表征,结果表明,Ｎｉ－Ａｃ催化剂在６２５℃就能自引发甲烷部分氧化反应,而在Ｎｉ－Ｎ和Ｎｉ－Ｃｌ催化剂上,直到７５０℃甲烷部分氧化反应仍未能引发,三种催化剂上的反应结果表明,Ｎｉ－Ｎ和Ｎｉ－Ｃｌ的催化活性较低。９００℃下的高温反应结果表明,Ｎｉ－     

Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应

 利用程序升温脱附、程序升温还原、程序升温表面反应、程序升温反应和化学捕获反应等手段，对Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应进行了研究．结果表明，Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气机理属于热解－氧化反应机理．甲烷首先在催化剂上发生解离吸附，产生具有不同H／C比的化学吸附物种CHx（x＝1～3）．其中，具有较高H／C比的CHx可能是甲烷部分氧化反应的活性物种，而具有较低H／C比的CHx可能是催化剂上积碳并导致催化剂失活的来源．活性物种CHx在活性氧物种的作用下，生成含氧中间体物种CHxO或继续脱氢．含氧中间体物种进一步分解，即生成CO和H2；CO2也可由CHx或CHxO物种进一步氧 化生成．     

Pt/MgO 催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应

用浸渍法制备了Pt/MgO催化剂,并采用X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜和程序升温表面反应等技术对催化剂进行了表征.考察了催化剂对甲烷部分氧化制合成气反应的催化性能.结果表明,Pt/MgO催化剂具有较高的催化活性和选择性,甲烷转化率与合成气选择性在120 h内保持稳定.以金属状态存在的Pt对甲烷分解具有较高的活性,从而使催化剂对甲烷部分氧化反应具有较高的催化活性.活性组分Pt的存在状态和分散状态非常稳定,而Pt/MgO催化剂具有较强的抗积碳能力,使得催化剂在甲烷部分氧化制合成气反应中具有较高的稳定性.     

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     

稀土Ce对制合成气用Ce-Ni/Al2O3催化剂活性和稳定性的影响

 用浸渍法制备了Ni／Al2O3和Ce－Ni／Al2O3催化剂,并用BET,TGA－DTA和XPS技术对催化剂进行了表征,考察了稀土Ce对催化剂性能的影响,探讨了催化剂失活的原因．结果表明,在甲烷部分氧化和二氧化碳重整反应中,稀土Ce存在有部分还原变价过程（Ce4＋→Ce3＋）,不仅抑制了催化剂的积碳,而且改善了催化剂的水热稳定性和催化性能．经过较长时间反应的Ce－Ni／Al2O3催化剂,其比表面积下降,活性物种Ni和助剂Ce向体相迁移或部分流失,以及Ni晶粒的烧结聚集长大可能是造成催化剂逐渐失活的主要原因．     

水热处理对Ni／Al2O3催化剂结构和性能的影响

 探讨了对Ni／Al2O3催化剂进行水热处理以提高其催化活性的可行性，着重研究了水热处理前后催化剂形貌、结构及组成的变化．结果表明，水热处理促进了Ni以网状形式吸附于Al2O3载体表面，提高了催化剂的比表面积和表面的Ni／Al原子比，使甲烷的初始裂解速率明显加快．