CO 2 /CH 4 干重整转化催化剂的积碳控制研究

发布时间：2021-10-30 04:57

　　采用浸渍法制备了一系列Ni负载量和焙烧温度不同的Ni/MgO催化剂,通过干重整反应对催化剂的性能进行评价,采用O₂-TPO与CO₂脉冲相结合的方法分析了反应后催化剂上积碳的含量,并利用XRD,SEM,H₂-TPR,CO₂-TPSR等分析方法对反应后催化剂上的积碳进行表征。实验结果表明,反应温度为600℃时催化剂上的积碳最严重,积碳主要为不规则的纳米尺度的石墨结构丝状碳,此温度下反应生成的积碳具有较高的反应活性;降低催化剂Ni负载量和提高焙烧温度均有利于形成NiO-MgO固溶体,增强Ni的分散及其与MgO载体的强相互作用,从而显著削弱Ni中心上CH4解离的反应速率,实现干重整反应过程的积碳控制。 

【文章来源】：石油化工. 2020,49(10)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

负载量为9.0%(w）的Ni/Mg O催化剂在不同温度下的反应性能和积碳变化

积碳催化剂的CO2-TPSR分析结果见图2。由图2可见，催化剂上的积碳具有较高的反应活性，在600℃时绝大部分积碳可以与CO2反应生成CO，只有很少的积碳需要在800℃以上才能与CO2发生反应。结合评价结果可知，该温度下积碳可能主要来自CH4在活性中心Ni上的催化解离。

对积碳催化剂和CO2-TPSR表征后的催化剂进行XRD和SEM分析，结果见图3和图4。从图3和图4可看出，催化剂上的积碳主要是直径为数十纳米的石墨结构的丝状碳。丝状碳的衍射峰在进行CO2-TPSR分析后消失，在CO2-TPSR分析后的SEM照片上也没有观察到明显的丝状碳存在。由此可知：1）直径为纳米尺度的丝状碳具有较高的反应活性，较容易与CO2发生转化反应；2）丝状碳应该主要来自CH4在活性中心Ni上的催化解离。表面活性中心数量足够多或密度较大时，CH4的解离速率较快，在CO2/CH4摩尔比为1.3时，氧化剂CO2难以充分将CH4解离的碳物种转化为产品气，导致在催化剂表面产生积碳，说明600℃下CO2的活化与转化较CH4困难，但单独使用CO2可以充分将这些积碳转化为CO。这些结果为干重整转化的积碳控制提供了一个思路，即削弱CH4解离活性或者增强CO2的活化性能。具体方法为：1）强化Ni与载体的相互作用，削弱Ni与CH4的相互作用，或者减少表面活性中心Ni的数量或密度；2）通过提高催化剂表面碱性或者活性金属电子密度来提高对CO2的活化性能。第一种方法较简单易行，本研究主要对该方法进行验证。图4 积碳催化剂在CO2-TPSR分析前（a）后（b）的SEM照片


本文编号：3466094