甲烷部分氧化制合成气催化剂的研究进展.pdf

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1、甲烷部分氧化制合成气催化剂的研究进展刘洋(茂名瑞派石化工程有限公司，广东茂名525011)摘要：随着我国国民经济的稳定增长，人们对能源的需求量也越来越大，在全球石油资源已经日益枯竭，针对这些现实情况，各个国家都开始寻找新的代替能源，经过相关人员的研究，利用甲烷部分氧化反应制合成气是有效使用甲烷能源的手段。经过多年的研究发现，这种方法不仅有能耗低，反应速度快的优点，而且所反应出的H2和CO的配比也非常适合制成甲醇，接下来就对金属负载型催化剂还有金属氧化物催化剂进行分析。关键词：甲烷；氧化；合成气催化剂1金属负

2、载型催化剂1．1金属活性组分使用金属负载型催化剂要先了解其三个重要的方面，有金属活性的组分，载体和助剂。针对金属活性的组分主要包括贵金属，比如有Rh，Ru，Pt和Pd等。还有非贵金属组分，比如有Nj，Co等。这种贵金属负载型的催化剂在使用中不仅表现出活性高，稳定性好等特点，而且还有抗积炭等优点。经过有关人士的详细分析，Rh和Pt作为涂层的整体型催化剂使用的效果非常好，而H：和CO的选择性都在百分之九十以上，在这种转化率上甲烷几乎可以完全被转化，同时还有一定就是和0：的反应时间只有10秒。如果使用Rh作为甲烷

3、部分氧化制合成气的催化剂，还有副反应程度少的优点。观察RIl／Si02和R“Si02两者催化剂表面的POM反应情况发现，CO是R}l／Si02表面出现的最初产物，这表明该催化剂表面所发生的POM反应是直接进行的氧化反应，因为催化POM所出现的反应机理不同，那么不同的贵金属就会有不同的催化能力。但是使用贵金属作为催化剂，因为其储量小而且价格昂贵，因此成本非常高，在工业化的生产中很难进行大规模的应用。在非贵金属的催化剂当中，Ni金属催化剂的活性是最好的，接近于贵金属Ru的活性，同时其使用的价格低廉，所以很受相关

4、技术人员和生产厂家的青睐。Sun可以使用溶胶凝胶的方法合成出N“SiC的催化剂。在实践中发现，如果Ni／SiC用在POM的反应中是不需要进行前期的还原处理，如果Ni的含量在10％左右的时候，在高温环境下进行POM的反应过程中，CO或者是H2的选择性都能够达到90％以上，即使是CH4的转化率也能够达到75％以上。在反应100小时之后，它们的活性数据保持的会很好，基本上没有较大的变化。在实际应用中虽然Ni／SiC有非常好的催化活性，但是根本没有办法避免Ni会产生积碳问题的缺陷。1．2载体就负载型催化剂而言，载体

5、会起到支持，或者是分散金属活性的作用，因此也被人们称之是活性组分的支架。经过多年的实践发现，所使用的催化剂载体一定要有合适的表面和孔结构。如果要是按照酸碱性对催化剂载体可以分成酸性载体以及碱性载体。就目前国内而言，经常使用的酸性载体有A1203，Si02和SiC，而经常使用的酸性载体主要有Zr02和Ce02。1．3助剂在反应的过程中添加助剂是有效提高催化剂性能的方法之一，在当前也被越来越多科研工作人员所重视。目前使用比较多的助剂有碱金属和碱土金属助剂，还有一些稀土金属和其它对应的氧化物。在使用碱金属和碱土金

6、属做反应中的助剂时，一定要控制好助剂的用量，助剂过多或过少都会影响催化剂的活性，经过一些专业人员的实践，使用分步浸渍的方法配置了Mgo改性的Ni／A1203催化剂，以此来分析MgO助剂对Ni／A1203催化剂与甲烷部分氧化制合成气反应过程中的影响。通过实验结果表明，通过使用MgO这种助剂不仅提高了催化剂镍物种的均匀性，同时还有效的抑制了NiAl204尖晶石的形成，镍物种和载体之间的相互作用也逐渐增强了。2金属氧化物催化剂2．1稀土金属氧化物就金属氧化物而言，常用在POM反应的金属氧化物的催化剂主要有稀土金属

7、氧化物，以及过渡金属氧化物。就稀土金属氧化物而言，在众多金属氧化物中，广泛应用在汽车尾气以及环境催化等方面的催化剂主要有稀土金属氧化物。在目前，在POM中稀土氧化物的催化剂可以为甲烷的完全氧化起到催化的作用，与此同时，这个过程还常常伴随着完全氧化反应的发生。因为甲烷完全氧化的过程会放出大量的热能，从而造成催化剂的破坏，严重的时候甚至还会直接导致催化剂的失活。2．2过渡金属氧化物在过渡金属的氧化物中，YSZ主要是用在POM反应的催化剂，而且这个技术现在已经非常成熟。通过对Zr02，YSZ以及掺杂一定量氧化物的

8、YSZ进行对比，发现表面反应物质的组成对POM反应产生的影响。结果表明随着温度的升高，CO和H2产生的速度也逐渐增大，在温度升高的过程中，C02与H20产生的速度也逐渐的下降，表明温度越高，甲烷完全氧化的反应就越难继续进行。3结语甲烷部分氧化制合成气的技术，在工业生产中有很高的使用价值，近些年该技术已经逐渐趋于成熟，在实际生产中CH4的转化率已经能够达到百分之九十以上，在有些情况下甚至能达到百分之百，但是该技术还