Ni金屬催化劑催化甲烷部分氧化制合成氣的研究.pdf

1、目前工業(yè)上一般采用天然氣水蒸汽重整法制合成氣，該反應能耗高、催化劑容易積炭，且生成的H2/CO比高，不適合一些后續(xù)過程。甲烷部分氧化制合成氣過程投資小、能耗低、反應速率快，具有廣泛的應用前景，近年來受到廣泛關(guān)注。本論文工作采用泡沫鎳制各成Ni金屬顆粒，通過酸處理獲得Ni金屬催化劑，并對該催化劑上甲烷部分氧化反應的機理進行了研究；進一步用酸處理過的Ni金屬催化劑負載釔、鋯、鎂等金屬氧化物制得負載金屬氧化物的Ni金屬催化劑；用ICP、XRD

2、、XPS、SEM、H2-TPR、BET等技術(shù)對制得的催化劑進行了表征；研究了上述催化劑催化甲烷部分氧化及部分氧化與H2O或CO2重整耦合的反應性能；此外，采用模板法制備了新型的鎳納米線網(wǎng)絡(luò)顆粒催化劑，并用XRD、XPS、H2-TPR、TEM、N2物理吸附等技術(shù)對制得的催化劑進行了表征，研究了此類催化劑催化甲烷部分氧化的反應性能。
　　 對Ni金屬催化劑上甲烷部分氧化反應機理的研究結(jié)果表明，當不存在明顯的“傳熱”和“傳質(zhì)”阻力影響

3、時，即使在甲烷轉(zhuǎn)化率非常低的情況下，Ni金屬催化劑上合成氣的選擇性依然非常高。這說明，Ni金屬催化劑上的甲烷部分氧化反應很可能是按直接氧化機理進行的。
　　 對于負載氧化物的Ni金屬催化劑，釔的負載量為3.17wt.％時性能最佳；鋯的負載量為0.84 wt.％時性能最佳；鑭的負載量為0.86 wt.％時性能最佳；負載SrO沒有顯示任何促進作用。1.03Zr-0.11Y/Ni催化劑具有較高的甲烷部分氧化活性和選擇性。BET結(jié)果表明

4、，負載氧化物后Ni金屬催化劑的比表面積大大增加。SEM結(jié)果表明，氧化物附著在催化劑的表面上。XRD和H2-TPR結(jié)果表明，Zr/Ni、Y/Ni、Zr-Y/Ni催化劑比鎳金屬催化劑擁有更多的NiO相。XRD和XPS結(jié)果表明，Zr4+、Y3+和Ni2+之間會互相滲透。在Zr/Ni、Y/Ni、Zr-Y/Ni上負載氧化鎂能增加甲烷轉(zhuǎn)化率，而合成氣的選擇性沒什么變化。但鎂負載量的改變對催化劑活性沒有顯著影響。
　　 甲烷部分氧化與H2O或