探究甲烷部分氧化制合成气催化剂的制备和性能研究

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1、北京化工大学硕士学位论文甲烷部分氧化制合成气催化剂的制备和性能研究姓名：法斌申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：季生福20090520摘要甲烷部分氧化制合成气催化剂的制备及性能研究摘要甲烷部分氧化作为一个温和的放热反应，是制备合成气(H2和CO混合气)的重要方法之一。与通常所采用的甲烷水蒸气重整相比，甲烷部分氧化能降低30％左右的成本，并且在合成气制备过程中氮氧化物和二氧化碳的排放也有所减少，有利于环境保护。同时，由于甲烷部分氧化反应的产物H2／CO摩尔比为2：1，是甲醇合成以及费托合成的理想H2／CO比，使得该反应在化学工业中具有潜在的应用价值。此外，合

2、成气也是化肥、炸药、氯仿、四氯化碳等产品的原料。因此，甲烷部分氧化制合成气在目前引起了学者们的极大关注。在甲烷部分氧化制合成气反应中，除了贵金属催化剂，Ni基催化剂也具有很好的催化性能。然而，文献报道中Ni基催化剂在高温下会由于积碳或者金属表面丧失导致快速失活。所以，需要研发一种高活性和稳定性的新型催化剂。SBA．15介孔分子筛具有较大的孔径、较厚的孔壁和较高的热稳定性，是一种很有前途的催化剂载体。如果Ni组分能够被限制在SBA．15的孔道中，将会避免被烧结从而提高催化剂的稳定性。在本文中，采用等体积浸渍法制备了一系列Ni含量从5wt％N15wt％的Ni／SBA

3、．15和Ni／Si02催化剂。通过甲烷部分氧化反应在固定床石英反应器中评价了这些催化剂的催化活性。使用X射线衍射仪()(1m)、透V射电镜(TEM)、程序升温还原(TPR)和氮吸脱附仪(BET)等现代分析仪器对催化剂的结构进行了表征。在相同反应条件下，Ni／SBA．15催化剂上的甲烷转化率要高于Ni／Si02催化剂。催化剂的活性评价结果表明12．5％Ni／2．5％Cu／SBA．15催化剂具有最好的甲烷部分氧化活性。在850。C、CH4／02比为1．9、GHSV=3．76x104m1．＆砒-1．h。1的反应条件下，12．5％Ni／2．5％Cu／SBA．15催化剂具

4、有很好的稳定性，反应进行240hN，CH4的转化率为97．9％，CO的选择性为98．O％。甲烷转化率的轻微降低可能是由积碳造成的，这也是甲烷部分氧化反应中常见的现象。催化剂的结构表征结果表明在Ni引入到介孔分子筛SBA．15之后，样品仍然保持有六方介孔结构；Ni组分存在于SBA．15的孔中。对于Ni／Cu／SBA．15催化剂，Cu的加入可以促进Ni组分的分散，改变Ni组分的化学环境，降低活性组分的还原能力，进而提高催化剂的活性。对于Ni／Si02催化剂，助剂的加入会降低催化剂的活性。关键词：甲烷，部分氧化，Ni／SBA．15催化剂，合成气VIABSTRACTPR

5、EPARATIONANDPERFORMANCEOFCATALYSTSFORPARTIALOXIDATIONoFMETHANEToSYNTHESISGASPartialoxidationofmethaneisoneoftheimportantwaysforsynthesisgas(mixtureofH2andCO)production．Thereactionoftheprocessofpartialoxidationofmethaneexhibitsmildexothermicity．Incomparisonwithsteamreformingofmethane，

6、thecatalyticpartialoxidationisestimatedtooffercostreductionsofabout30％．Thisreactionalsohasenvironmentalimplicationsbecausemethaneisagreenhousegas．ItwasalsofoundthattheNOxandC02emissionsduringthesynthesisgasproductioncanbereducedcomparedtothecommonlyappliedsteamreformingroute．Duetothe

7、productsratioof2：1，thisreactionhasapotentialroleinchemicalindustryespeciallyinthegenerationofsyngaswithamoreappropriateH2／COmolarratioforvariousreactions，suchasmethanolsynthesisandFisher-Tropshsynthesis．Synthesisgasisalsoasourceoffertilizers，explosives，chloroform，carbontetrachloridee

8、tc．Therefore