Co/SiO2催化剂合成重质烃的反应性能

对近期筛选出的一种重质烃合成反应性能良好的Co/SiO     

助剂CeO2对Co/Al2O3催化剂上F-T合成反应性能的影响

在用于F-T合成的Co/Al     

Co/SiO2催化剂合成重质烃的反应性能

 对近期筛选出的一种重质烃合成反应性能良好的Co／SiO2催化剂进行了500h的寿命试验,考察了在不同反应温度、压力和空速条件下催化剂的反应性能．结果表明,随着反应的进行,催化剂合成重质烃的选择性基本保持不变,但催化剂的活性缓慢下降;经原位再生后,催化剂活性可基本恢复到原来的水平．烃产物主要由烷烃组成,C5＋中烯烃仅占2．25％,产物主要集中在C12～C20馏分段,水相产物中含3．56％～6．56％的有机含氧化合物,其中主要是低碳醇．     

多级孔ZSM-5负载的钴催化剂的费-托合成催化性能

采用水蒸气辅助转晶(SAC)法合成了粒径均一(180 nm)的纳米ZSM-5颗粒,颗粒间堆积形成大量的开放介孔,与ZSM-5的微孔共同形成多级孔结构。以该材料为载体采用满孔浸渍法制备了负载量为15%(质量分数)的钴催化剂。采用XRD、SEM、TEM、N_2物理吸附-脱附等表征技术对多级孔ZSM-5载体及其负载催化剂的形貌和结构进行了表征,并对催化剂的费-托合成催化性能进行了测试。结果表明,相比于大颗粒的ZSM-5和商业ZSM-5,多级孔ZSM-5负载的钴催化剂的费-托合成活性最高,CH_4选择性最低,C_(5-20)产物的选择性高达68.9%,这归因于多级孔ZSM-5的介孔孔道有效地促进反应过程中产物的传质扩散以及ZSM-5微孔骨架上的酸中心促进了长链烃产物的二次加氢裂解。     

由亲水和疏水硅胶制备的Co/Ru/SiO2催化剂的表征及催化性能研究

以亲水硅胶Degussa A300和疏水硅胶Degussa R106作为催化剂载体,采用等体积浸渍法制备了一系列钴基催化剂。利用MS、XRD、BET、FT-IR、TPR等手段考察了载体热稳定性,催化剂表面物相结构和还原性能等物化性能。结果表明,载体表面有机基团对催化剂中Co3O4尺寸大小有影响,有机基团对载体表面羟基的取代使得金属钴与载体的作用力减弱,有利于金属团聚为较大的颗粒。费-托反应结果表明,亲水硅胶性制得的催化剂通过后处理引入甲基后,造成催化剂活性下降,C18+的选择性下降,但使烃分布集中在C5～C18,这是由于表面甲基的空间位阻作用不利于反应中的吸附过程和链增长过程。由疏水载体制备的催化剂虽然钴颗粒较大,但是由于催化剂制备过程中部分有机基团的烧结,对催化剂活性产生了较大的负面影响,使催化活性降低,重质烃选择性明显降低。     

费-托合成Co/ZrO2-Al2O3催化剂反应性能的研究

以ZrOCl2·6H2O和AlCl3为原料,采用共沉淀方法制得一系列不同ZrO2质量分数的ZrO2-Al2O3混合氧化物载体;并以该混合氧化物为载体,采用初湿浸渍法制得钴质量分数为12％的Co/ZrO2-Al2O3催化剂。XRD、NH3-TPD、TPR和原位IR等表征结果表明,随着混合载体中ZrO2质量分数的增加,载体比表面积先增加后减少,混合载体的平均孔径则小于单一氧化物ZrO2和Al2O3的平均孔径。ZrO2和Al2O3载体混合后会导致氧化物的比表面积和酸性增大并且有新的物相生成。当混合氧化物用作载体时,能够抑制载体表面金属钴的分散,改变催化剂的还原行为,降低催化剂对CO物种的吸附能力。CO加氢反应表明,与单一金属氧化物相比,钴负载ZrO2-Al2O3混合氧化物催化剂的加氢活性和重质烃选择性有所降低。     

热分解法制备的Co/SiO2催化剂上费-托合成反应性能

以无定形二氧化硅为载体,分别采用浸渍法和热分解法制备了钴基催化剂Co/A200-I和Co/A200-D,采用TG、XRD、TEM和TPR等手段对其进行了表征,并考察了这些催化剂在费-托合成反应中的性能。结果表明,浸渍法制备的Co/A200-I催化剂中钴颗粒没有规则的形状,但却具有较高的费-托合成反应活性;热分解法制备的Co/A200-D催化剂中钴颗粒呈一种球形二次结构,直径比较均匀,对于费-托合成反应具有较高的轻质烃选择性。此外,载体比表面积对催化剂结构也有较大的影响;相对于Co/A200-D催化剂,Co/A380-D催化剂的载体比表面积较大,这使得金属-载体间的相互作用较强而较难还原,但还原后Co/A380-D催化剂拥有较高的钴分散度和较好的反应活性     

Co/HMS和Co/SiO2催化剂的表征及在费-托合成反应中的催化性能

 HMS介孔分子筛经水热处理得到无定形SiO2,分别以无定形SiO2和HMS为载体,用浸渍法制得了15%Co/SiO2和15%Co/HMS催化剂. 研究表明: 氧化态Co/SiO2和Co/HMS催化剂中的钴物种以Co3O4形式存在,且Co3O4晶粒粒径均较相应催化剂的孔径大,故有部分钴物种存在于催化剂外表面; 氧化态Co/HMS催化剂中的钴物种堵塞孔道较为严重; Co/HMS催化剂中存在较强的金属-载体相互作用,因此Co/HMS催化剂较Co/SiO2催化剂难还原; Co/HMS催化剂还原后具有较高的钴分散度,使其具有优异的费-托合成反应性能.     

Al2O3助剂对Co/SiC催化剂F-T反应性能的影响

分别采用沉淀法、尿素水解法制备Al₂O₃/SiC复合载体,采用等体积浸渍法制备Co/Al₂O₃-SiC催化剂。结合N₂吸附、XRD、H₂-TPR、XPS等表征手段,研究Al₂O₃助剂对钴基催化剂物相结构、还原行为以及F-T合成性能等的影响。结果表明,氧化铝加入后增强了载体与钴物种之间的相互作用,提高了钴物种的分散度,降低了钴物种的还原度。尿素水解法引入Al₂O₃后,载体与钴物种具有适中的相互作用,表现出较高的反应活性。沉淀法制备的载体负载钴物种后由于较强的金属-载体相互作用,表现出较优的稳定性。     

高比表面积双孔SiO2负载钴基催化剂费托合成反应性能研究

载体的结构可以显著影响钴基费托合成催化剂的活性和产物选择性。大孔结构载体可以改善反应物和产物的传质情况,提升CO转化活性和C₅₊产物选择性;高比表面积载体有利于使负载的金属分散,提高催化剂的金属利用效率和稳定性。然而,要获得同时具备高比表面积和大孔结构特征的载体相对困难。本研究采用结构导向水解法,合成了一种比表面积达1103.2 m²/g的介孔(2.9 nm)-大孔(63.8 nm)双孔二氧化硅(BP-SiO₂)载体,研究了其负载钴催化剂的费托合成反应性能。结果表明,相对规整介孔SBA-15分子筛负载的钴催化剂Co/SBA-15,210℃反应时,催化剂Co/BP-SiO₂的CO转化率提高33.3%,CH₄选择性降低30.1%,C₅₊选择性增加到80.0%,稳定性显著增强。     

CoAl2O4/Al2O3载体对钴基费托催化剂反应性能影响的研究

通过浸渍和高温焙烧,制得表面附着CoAl₂O₄微晶颗粒的改性Al₂O₃载体,并采用等体积浸渍法制备负载型Co基催化剂。结合 N₂物理吸附、XRD、H₂-TPR、XPS及H₂化学吸附等表征手段,研究改性载体及其负载钴基催化剂的织构特征;采用费托合成反应评价其催化性能。结果表明,Al₂O₃改性后,表面CoAl₂O₄的存在有效减少了载体与活性组分Co的相互作用,显著提高了催化剂的还原度和催化活性。载体的改性量在20%左右达到最佳值,继续增加,催化剂还原度和活性基本不再升高。载体改性促使催化剂CH₄选择性有所降低,C₅₊选择性略有提高。     

硅胶来源对费托合成用Co/SiO_2催化剂性能的影响

Co based catalysts supported on silica from two different sources were tested in F T synthesis and characterized by ICP, H 2 TPD and FT IR. It was found that the Co catalyst supported on home made silica was superior to the commercial silica. One reason was that the latter had a higher content of Na impurity, which was harmful to the catalytic activity owing to its alkaline effect. The other one might be that the silica source exerted an unfavorable effect on metal dispersion. A maximum C 5+ yield of 140g/Nm 3 (2H 2+CO) was obtained over Co/Si(3).     

Co/ZrO2/SiO2催化剂费-托合成反应动力学研究Ⅱ. 动力学模型的构建和回归

 在典型的Co系催化剂工业操作条件范围(T=473～503 K,p=1.5～4.0 MPa, H2/CO体积比=1.0～3.0)内,采用等温积分固定床反应器对Co/ZrO2/SiO2催化剂进行了F-T合成反应动力学研究. 依据详细可靠的基元反应机理,按照Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson动力学推导方法,获得了Co系催化剂上基于详细反应机理的动力学模型. 通过动力学实验数据的回归分析,发现基于COs直接解离并以烷基为链增长中间体的表面碳物种机理的动力学模型可以较好地描述Co/ZrO2/SiO2催化剂上的F-T合成反应结果,该模型可自洽地描述F-T合成过程中的合成气消耗和烃产物分布状况,且获得的反应活化能等关键动力学参数与文献报道的理论结果基本一致.     

硅胶来源对费-托合成用Co/SiO2催化剂性能的影响

费-托合成是煤或天然气等化石资源转化为液体燃料的重要途径.     

La2O3助剂对Co/AC催化剂上费-托合成反应性能的影响

 通过改变稀土助剂La2O3的负载量,考察了La2O3助剂对活性炭负载Co基催化剂(Co/AC)上费-托合成性能的影响,并通过XRD, SEM, TPR和CO-TPD对催化剂进行了表征. 结果表明, La2O3的加入可提高催化剂的活性,降低产物中甲烷的选择性. 对于15%Co/AC催化剂,加入少量的La2O3(w(La)=0.7%～1.7%)可使CO转化率从27%升高到56%, 甲烷选择性从16.5%下降到7.8%,C5+选择性从55.4%升高到74.7%; 但加入过多的La2O3(w(La)=8.1%～12.4%)时,甲烷选择性反而升高. XRD和SEM结果表明, La2O3的加入提高了催化剂中Co的分散度. TPR和CO-TPD结果表明, La2O3与Co之间存在着相互作用,并使催化剂的还原度下降,尤其是La2O3负载量高的催化剂还原度下降更加明显,导致Co/AC催化剂上CO的高温吸附量的增加.     

Zr助剂对Co/AC催化剂催化费-托合成反应性能的影响

 采用CO加氢反应、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、程序升温还原(TPR)和程序升温表面反应(TPSR)等技术考察了Zr助剂对Co/AC催化剂催化费-托合成反应性能的影响. 结果表明,还原、钝化后的Co-Zr/AC催化剂的XRD谱上只有较弱的CoO特征衍射峰; 反应50 h后,催化剂中Co主要以fcc晶相存在,同时还含有少量hcp晶相的Co; 加入Zr助剂后Co晶相衍射峰明显减弱. TEM结果表明, 15%Co/AC中Co的平均粒径为20 nm,加入Zr后Co粒径变小,15%Co-6%Zr/AC中Co的粒径为10 nm. CO加氢、XRD和TEM结果表明,加入Zr助剂可以提高活性组分Co的分散度,同时催化剂的活性随分散度的增大而增大. TPR和TPSR实验结果证实了上述结论.     

硅球负载高分散钴基催化剂的制备及其费-托合成催化性能研究

利用等体积浸渍法将钴前驱体浸渍在结构规整的硅球(SP)载体上,在不同强度的等离子体场中分解钴盐,制备出一系列高分散Co/SP催化剂。采用X射线粉末衍射、氮气物理吸附-脱附、扫描透射电子显微镜和傅里叶红外变换光谱等表征手段对催化剂结构进行表征,并在固定反应器上进行费-托合成催化性能测试,探讨等离子体处理强度对费-托合成催化剂的分散度、还原度、相互作用的影响规律。结果表明,等离子体处理催化剂在费-托合成反应中表现出比焙烧样品更优越的催化性能,其中,Co/SP-P650W由于具有较适宜的分散度和相对较高的还原性,呈现出最高的费-托合成反应活性。     

不同形貌ZSM-5分子筛的制备及其催化甲醇转化制烯烃性能

采用廉价的原料,通过添加尿素及调节碱度,在水热条件下合成了具有不同形貌的ZSM-5分子筛。研究了分子筛形貌对甲醇转化制丙烯催化性能的影响。结果表明,通过控制尿素含量及碱度,可以对ZSM-5分子筛晶体的生长方向及形貌进行调控。当urea/SiO₂(mol ratio)=0.28,Na₂O/SiO₂(mol ratio)=0.035时,所得到的分子筛沿b轴方向生长最慢,产品形貌呈薄片状,厚度为130 nm;在一定范围内提高碱度,会使分子筛形貌逐渐变为纳米颗粒聚集体。ICP、NH₃-TPD和N₂吸附表征结果表明,所合成的分子筛SiO₂/Al₂O₃物质的量比、酸性质及孔道性质接近。催化反应评价结果表明,薄片状样品HZ-1由于在b轴方向上具有更短的扩散路径,且结晶度高,在催化甲醇转化反应中不仅表现出良好的选择性,双烯(乙烯+丙烯)收率可达60%以上;P/E比(丙烯/乙烯)最高可达8.4,在连续反应200 h后,甲醇转化率仍保持在95%以上,表现出优异的催化稳定性。     

双金属Ce-Mn/ZSM-5催化剂的制备及NH3-SCR脱硝性能研究

采用浸渍法制备了铈锰复合氧化物分子筛催化剂(Ce-Mn/ZSM-5),在固定床反应器上考察不同Ce/Mn质量比对分子筛催化剂选择催化还原NO的影响,利用XRD、TEM、NH_3-TPD、H_2-TPR、in-situ DRIFTS等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,双金属改性的Ce-Mn/ZSM-5催化剂在NH_3-SCR反应中表现出较为优异的催化活性,具有较宽的活性温度窗口。当Ce/Mn质量比为0.4时,催化剂具有最佳的脱硝效率,在265-465℃脱硝率均可达到80%以上,在370℃时,NO的转化率最高可达97.28%。锰和铈物种高度分散于催化剂表面,未改变ZSM-5的晶体结构,且构成协同作用。0.4Ce-Mn/ZSM-5具备丰富的酸性位、良好的氧化还原性能,该配比有助于催化剂的催化活性和稳定性的提高,在NH_3-SCR反应过程同时遵循E-R机理和L-H机理。     

SMAI法制备的Co/SiO2催化剂及La3+促进Co/SiO2催化剂的比较

实验证明,钴基催化剂是非常有效的F-T合成催化剂. 由于钴基催化剂对形成长链烷烃具有高活性和高选择性,故它尤其适用于天然气间接转换为液态燃料和蜡的过程[1～5]. F-T合成用钴基催化剂由四个主要成分组成: 主金属(Co)、第二过渡金属、氧化物助剂(碱金属、稀土金属或过渡金属氧化物)及大比表面积氧化物载体(氧化硅或氧化铝)[5]. La对钴基催化剂的促进效果因其被加入到催化剂前体中的方式和顺序以及载体的性质和金属钴的状态等参数的变化而有所不同. 为了评价La对Co/SiO2催化CO加氢作用的促进效果,本文对溶剂化金属原子浸渍法(SMAI)制备的Co/SiO2和Co/La-SiO2进行了对比研究. 在保持某些参数(如载体的性质和金属钴的价态等)不变的情况下,评价了La的助催化效果,取得了一些有益的结果.