低溫甲烷化催化劑的研究進(jìn)展

低溫甲烷化催化劑；研究進(jìn)展

        天然氣作為一種清潔、安全、高效的能源，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，其生產(chǎn)和利用越來(lái)越受到人們的重視，大力發(fā)展甲烷化工藝技術(shù)，對(duì)改變我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有重要意義。低溫甲烷化反應(yīng)與高溫甲烷化反應(yīng)相比，其操作成本較低且能源損耗較少，不僅節(jié)約了能源損耗，同時(shí)提高了設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性[，因此低溫甲烷化催化劑在石油工業(yè)、化肥工業(yè)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。本文對(duì)低溫甲烷化催化劑的載體和助劑進(jìn)行了綜述，分析了載體和助劑對(duì)催化劑性能的影響，為了低溫甲烷化催化劑的研究與應(yīng)用提供參考。

  1.載體的研究

        載體作為催化劑的主要組成部分，影響著催化劑的機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定性、比表面積等。因此，對(duì)載體的研究顯得尤為重要，通過(guò)對(duì)催化劑載體的研究有助于提高催化劑的性能。

        γ- Al₂O₃由于具有較大的比表面積和微孔結(jié)構(gòu)，常用于低溫甲烷化催化劑中作為載體，選擇不同結(jié)構(gòu)的Al₂O₃對(duì)Ni基催化劑的活性與壽命影響較大。白云星等人選用了γ- Al₂O₃（介孔）和γ- Al₂O₃（納米顆粒）作為催化劑的載體，采用等體積浸漬法分別制備了15%Ni/γ- Al₂O₃（介孔）和15%Ni/γ- Al₂O₃（納米顆粒）的催化劑，并在漿態(tài)床反應(yīng)器中對(duì)煅燒還原后的樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明15%Ni/γ- Al₂O₃（納米顆粒）具有更高的活性和CH₄選擇性。主要是因?yàn)榇呋瘎┲械难趸X納米顆粒通過(guò)與金屬Ni結(jié)合而相互聚集，金屬鎳顆粒之間被氧化鋁納米阻隔，防止了催化劑的燒結(jié)。孟凡會(huì)等人研究了γ- Al₂O₃載體的結(jié)構(gòu)對(duì)低溫漿態(tài)床CO甲烷化性能的影響。他們以異丙醇鋁為鋁源，分別加入了不同的模板劑合成不同的介孔γ- Al₂O₃載體，采用浸漬法制備了Ni / Al₂O₃催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明加入了P123模板劑制備催化劑的比表面積較大，金屬分散度較高，未出現(xiàn)明顯的Ni團(tuán)聚現(xiàn)象，CO轉(zhuǎn)化率和CH₄選擇性比工業(yè)用的γ- Al₂O₃為載體制備的催化劑性能有明顯的提高。

        宋燕采用了檸檬酸-凝膠法制備N(xiāo)i-ZrO₂催化劑，以ZrO₂為催化劑載體，應(yīng)用到漿態(tài)床低溫CO甲烷化反應(yīng)中，該催化劑具有比表面積大、金屬Ni分散度高、Ni與載體相互作用強(qiáng)、對(duì)CO分子脫附量大等特點(diǎn)，在低溫漿態(tài)床甲烷化催化劑的反應(yīng)活性高。

 2 .助劑的研究

        以Al₂O₃為載體的Ni基催化劑具有較高的活性和選擇性，是目前研究較廣的甲烷化催化劑，但此類(lèi)催化劑在高溫下易發(fā)生相變，大幅度減少催化劑的比表面積，影響催化劑的活性。因此在以Al₂O₃為載體的Ni基催化劑中加入一定量的助劑，有利于改善催化劑的性能，提高催化劑的活性。

        陳亞等人采用二次等量浸漬法，以Al₂O₃-TiO₂為載體制備了不同Ni基低溫甲烷化催化劑Ni-Mg/ Al₂O₃-TiO₂，用于脫出富氫中的CO。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明在Ni含量為50%（w）、MgO含量為2%（w）時(shí)，活性最高；不同的MgO含量可以改善活性組分Ni在載體上的分散度，增加活性組分與載體的相互作用。

        張俊峰等人采用了共浸漬法制備了15%Ni3%Zr/γ- Al₂O₃，在連續(xù)流動(dòng)的漿態(tài)床攪拌釜反應(yīng)器上進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入了Zr的Ni /γ- Al₂O₃3能明顯提高催化劑的的活性和選擇性。

        通過(guò)大量研究表明，在Ni / Al₂O₃中加入Mg、Zr等助劑，能顯著提高低溫甲烷化催化劑的活性和選擇性，這主要是由于Mg、Zr等助劑的加入能夠提高Ni的分散度，還可以減弱Ni活性組分與載體的相互作用，減少了NiAl₂O₄尖晶石的形成，載體表面有更多的能被還原的Ni，從而提高了催化劑的活性。

 3 .結(jié)論

        低溫甲烷化催化劑的活性組分主要是以Ni為主，對(duì)催化劑的載體和助劑的研究，主要是通過(guò)提高活性組分Ni的分散度，改善活性組分與載體的相互作用，從而提高活性和CH₄選擇性。

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