Rh-SiO2和Rh-Al2O3催化劑上甲烷部分氧化制合成氣的同位素示蹤技術(shù)研究.pdf

1、本論文的主要目的是探明Rh/SiO2和Rh/Al2O3催化劑上甲烷部分氧化(POM)制合成氣反應(yīng)的機(jī)理。在論文的第一部分工作中,采用低溫N2吸附、O2化學(xué)吸附和H2-O2滴定、TEM、XRD和H2-TPR等技術(shù)對催化劑進(jìn)行了表征,并考察了不同溫度下催化劑的反應(yīng)性能,以此確定相關(guān)催化劑上POM反應(yīng)的起燃溫度。在此基礎(chǔ)上,通過脈沖反應(yīng)技術(shù)考察了不同烷氧比的CH4/O2混合氣在不同催化劑裝量的床層上的POM反應(yīng)情況,確定Rh/SiO2和Rh/

2、Al2O3催化劑床層的氧化區(qū)(原料氣中O2未耗盡的區(qū)域),并進(jìn)一步在與氧化區(qū)長度相當(dāng)?shù)拇呋瘎┐矊由峡疾旒淄榈乃魵夂投趸贾卣确磻?yīng)情況。在700℃、流速為120ml/min的條件下向不同催化劑裝量的4wt％Rh/SiO2和3wt％Rh/Al2O3床層上脈沖CH4/O2/Ar=2/1/97混合氣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩種催化劑床層氧化區(qū)上均可獲得較高的H2和CO選擇性。CH4/H2O/Ar=2/2/96,CH4/CO2/Ar=1.8/0.5

3、/97.7和CH4/CO2/H2O/Ar=1.8/0.5/1.8/95.9等混合氣在4wt％Rh/SiO2和3wt％Rh/Al2O3催化劑上的脈沖反應(yīng)結(jié)果進(jìn)一步表明,無論是CH4的水蒸氣重整、CO2重整還是在水蒸氣和CO2重整同時(shí)存在的情況下,重整反應(yīng)對這兩種催化劑床層氧化區(qū)上H2和CO生成的貢獻(xiàn)均較小,H2和CO的生成主要是源于CH4的直接氧化。
　　 本論文的第二部分,采用H-D和16O-18O同位素示蹤技術(shù)考察了Ar稀釋的

4、CH4/D2O,CH4/O2/D2O和He稀釋的CH4/H218O和CH4/16O2/H218O等混合氣在與氧化區(qū)相當(dāng)長度的催化劑床層上的反應(yīng)情況。H-D同位素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與單純的水蒸氣重整反應(yīng)(CH4/D2O/Ar=2/2/96)相比,在水蒸氣重整和甲烷部分氧化反應(yīng)同時(shí)存在的情況下(CH4/O2/D2O/Ar=2/1/2/95),Rh/SiO2和Rh/Al2O3催化劑床層氧化區(qū)上生成的H2主要來自甲烷的部分氧化反應(yīng)。在Rh/SiO2