热处理对高硫化氢合成气一步法制甲硫醇K2MoO4-NiO/SiO2催化剂结构及性能的影响

 在不同焙烧温度和焙烧气氛下对共浸渍法制备的 K2MoO4-NiO/SiO2 催化剂进行热处理, 并采用 X 射线衍射、热重-差示扫描量热、氢气程序升温还原、拉曼光谱和电子自旋共振波谱等手段对催化剂进行了表征, 同时考察了催化剂催化高硫化氢合成气一步法制甲硫醇的性能. 结果表明, 由于催化剂中所含柠檬酸氧化放热, 空气中焙烧的催化剂发生严重烧结. 随着焙烧温度的升高, 八面体配位的 Mo(Oh) 逐渐向四面体配位的 Mo(Td) 转变, 导致催化剂的还原能力降低, 配位不饱和 Mo (CO 吸附位) 减少, 因而 CO 转化率降低. 甲硫醇的生成与 Mo–S–K 相密切相关, 而 MoS2 晶相表面主要生成烃类. 与氮气中焙烧的催化剂相比, 空气中焙烧的催化剂表面的 MoS2 相较多, 而 Mo–S–K 相较少, 因此具有更高的烃类选择性和更低的甲硫醇选择性.     

氧载体的氧物种直接氧化甲烷制合成气

甲烷部分氧化制合成气由于合成气中n(H2)/n(CO)接近2,可直接用于甲醇合成或烃类F-T合成等后续工业过程而在国内外受到了广泛的关注。利用氧载体的氧物种在无气相氧下直接选择氧化甲烷制合成气是天然气化工利用的新方法,本文介绍了该方法的基本原理、概念工艺和对氧载体的性能要求,对应用于该方法的铈基复合氧化物的掺杂和助剂对选择氧化甲烷性能的影响、钙钛矿氧化物氧载体的氧缺陷、氧物种迁移、结构稳定性及其氧物种氧化甲烷的性能进行了阐述和分析,提出了控制氧载体表面状态是获得高合成气选择性的关键,并对该技术今后的研究重点进行了展望。     

加压条件下NO影响合成气点火特性的实验研究

本文成功搭建了加压对冲燃烧实验系统,该实验系统可将反应气体预热至1600 K,可调压力范围0.06～1.5MPa。在此基础上研究了合成气组分及NO加入量对其点火特性的影响,结果显示合成气点火温度主要受H₂浓度影响,而NO的加入有利于降低合成气点火温度,并且存在最佳的NO浓度使得点火温度达到最小值。     

LaFe_(1-x)Ni_xO_3钙钛矿型氧化物用于甲烷化学链水蒸气重整

采用燃烧法制备了钙钛矿型氧化物LaFe_(1-x)Ni_xO_3(x=0.1、0.15、0.2、0.3)用于甲烷化学链水蒸气重整过程,通过两步分别获得合成气(H_2+CO)和H_2。在固定床反应装置上考察甲烷与载氧体的部分氧化过程以及还原态的载氧体与水蒸气的氧化反应过程。结果表明,CH4与LaFe_(1-x)Ni_xO_3载氧体恒温反应的最佳温度为800~850℃,反应的前10min甲烷与载氧体以部分氧化为主,主要生成合成气H_2和CO。10 min之后反应以CH4裂解为主。水蒸气氧化阶段,Ni的掺杂量为x=0.1和x=0.3时的H_2浓度最高,分别为7.2%和8.3%。     

泡沫铜对密闭管道内合成气爆炸特性影响的实验研究

为研究泡沫铜孔隙密度和H₂体积分数对合成气爆炸特性的影响,在封闭的管道中安装了孔隙密度为15、25和40 ppi的泡沫铜,实验分析了当量比为1的合成气-空气在不同H₂体积分数时的火焰结构、尖端速度和超压等参数变化规律。实验结果表明：火焰在泡沫铜上游的行为是受“郁金香”火焰形成过程的影响,泡沫铜对其没有影响。但是孔隙密度和H₂体积分数的改变不仅会影响“郁金香”火焰的形成时间,还会影响变形“郁金香”火焰的形成。泡沫铜将火焰分割促使其从层流向湍流转化,对爆炸火焰传播起到加速作用。泡沫铜会引起管道内超压和火焰尖端速度的极大提升,且孔隙密度越小,H₂体积分数越大,火焰穿过泡沫铜后的最大火焰尖端速度越大,压力上升幅度越大,超压峰值越高。

     

Zr-Mn-K催化剂超临界相合成甲醇与异丁醇的研究

用共沉淀法和超临界流体干燥法,分别制备了Ｚｒ－Ｍｎ－Ｋ沉淀型催化剂和超细催化剂．以正十一～十三烷的混合物为超临界介质,在反应温度３６０～４１０℃、合成气压力７．５ＭＰａ、ＧＨＳＶ１７００ｈ－１及介质压力２．０８ＭＰａ的实验条件下,分别考察了超细催化剂和沉淀催化剂的气相和超临界相催化合成气制甲醇、异丁醇的性能．气相和超临界相反应的研究均表明,超细催化剂催化合成异丁醇的活性高于沉淀催化剂;在超临界条件下反应,超细催化剂上产物的异丁醇含量较高（为２３％～３２％）,甲醇含量为２２％～３３％,其它醇均在１０％左右．气相与超临界相反应结果的对比显示,超临界流体促进产物的脱附与传递,提高了ＣＯ的转化率．但超临界流体对甲烷的萃取作用强于对醇的萃取,醇选择性低于气相反应．在超临界条件下合成甲醇、异丁醇仍遵循异丁醇形成的链增长机理,超临界流体改变了链增长各步骤的相对速度,致使超临界相反应的产物分布不同于气相反应的产物分布．     

费托合成 Fe基催化剂中铁物相与活性的关系

 采用连续共沉淀和喷雾干燥相结合的方法制备了微球形 Fe 基催化剂, 采用 N2 吸附-脱附、X 射线衍射和穆斯堡尔谱等手段, 考察了催化剂在不同还原条件下铁物相的转变, 并在浆态床反应器中评价了催化剂的费-托合成 (FTS) 反应性能. 结果表明, Fe 基催化剂在合成气气氛下首先从α-Fe2O3 转变为 Fe3O4, 然后转变为铁碳化物 (FexC); 还原压力的增大有利于 α-Fe2O3 向 Fe3O4 的转变, 而抑制 Fe3O4 向 FexC 的转变; 还原空速的增加则促进 Fe3O4 转变为 FexC. 催化剂的 FTS 反应活性随着催化剂中 Fe3O4 含量的增加而逐渐下降, 而随着 FexC 含量的增加而逐渐上升.     

CFD modeling using heterogeneous reaction kinetics for catalytic dehydrogenation syngas reactions in a fixed-bed reactor

A comprehensive 2D computational fluid dynamics （CFD） model was developed to simulate the flow behavior and catalytic dehydrogenation reaction of syngas in a heterogenous fixed-bed reactor （FBR）. The model combined the porous medium CFD model with a reaction kinetics model. To acquire an accu- rate reaction kinetics model, a comprehensive reaction mechanism was studied for the heterogeneous catalytic dehydrogenation reaction ofsyngas over a supported metal catalyst. Based on the reaction mech- anism and a statistical test, a reliable kinetics model was proposed. The CFD model combined with the above kinetics model was validated with one set of experimental data. The CFD model was also used to predict key reaction variable distributions such as the temperature and the component concentrations in the reactor.     

氧化锆担载镍甲烷干重整催化剂的载体形貌效应

煤层气是储量十分丰富的煤炭伴生资源,也是煤炭开采中最大的安全隐患之一,同时还是重要的温室气体.研究煤层气的高效、清洁资源化利用具有资源和环境双重意义.因此,世界主要产煤国均十分重视煤层气的开发和利用.煤层气的主要成分是甲烷,目前主要通过两种方式实现其资源化利用:(1)直接转化,主要通过氧化偶联、催化氧化官能团化或脱氢芳构化等途径将其转化为高碳烃、含氧化合物及芳烃等;(2)间接转化,甲烷首先经催化重整反应制取合成气,而后再经Fischer-Tropsch合成、甲醇化和氢甲酰化等过程来合成饱和烃、烯烃、甲醇及其他含氧化物.对于前者,由于热力学限制,反应收率很低,应用前景较差,而经由合成气这一平台产物的间接转化路线被认为是一条甲烷资源化利用颇具工业前景的转化路线.因此,甲烷催化重整制合成气备受关注.研究表明,贵金属具有较好的甲烷重整催化性能,但其储量有限、价格昂贵的内在缺陷不利于甲烷大规模转化和资源化利用.Ni基催化剂具有与贵金属可比的催化活性和选择性,且其储量丰富,价格低廉,因此在甲烷重整反应中备受青睐.但是,相对于贵金属,Ni基催化剂易于积碳和烧结失活,这已成为制约其大规模工业化应用的瓶颈.迄今,大量文献报道关注如何提高Ni基催化剂的催化稳定性.而载体形貌调控是调节负载型催化剂的有效途径.本文开展了用作载Ni催化剂的氧化锆载体的形貌调控研究,以期可以有效调节载Ni催化剂的物化性质,进而调控载Ni催化剂的甲烷重整催化性能.采用水热法成功制备了松球状和鹅卵石状的单斜相氧化锆载体,进一步负载镍,制备了载镍催化剂,用于甲烷重整制合成气反应.具有分级结构的松球状氧化锆载Ni催化剂(Ni/ZrO2-ipch)展示出比鹅卵石状氧化锆和常规氧化锆纳米粒子载Ni催化剂显著好的催化活性和稳定性.采用XRD、N2吸附、TEM、H2-TPR、CO化学吸附、CO2-TPD、XPS和TGA等手段研究了松球状氧化锆载Ni催化剂高催化活性和稳定性的原因和机制.发现,其较高的催化活性主要归因于高的Ni分散度、改善的可还原性、促进的氧流动性以及较多的碱性位和较强的碱性,这些物化性质依赖于氧化锆载体的独特形貌.分级结构的松球状氧化锆载Ni催化剂高的甲烷重整催化稳定性主要源于催化剂的高抗烧结、抗积碳性能.加强的金属载体效应和介孔限域效应可以阻止金属Ni的高温烧结,而优良的抗积碳稳定性主要源于催化剂良好的氧流动性、较多的碱性位、较强的碱性以及小的Ni粒子尺寸.鉴于分级结构松球状氧化锆载Ni催化剂高的催化活性和优良的抗积碳、抗烧结稳定性,该催化剂用于甲烷重整制合成气具有广阔前景.而所制备的分级结构松球状氧化锆由于具有独特的结构和优良的热稳定性,可以作为性能优良的载体用于其他反应,尤其对于高温转化过程可望表现出明显优势.