甲烷三重整反应镍催化剂积碳问题的分区域研究

镍催化剂因积碳失活是甲烷三重整（TRM）制合成气这个廉价、高效、清洁的"造气"工艺实现工业化的瓶颈与难点。本项目是基于TRM反应中镍催化剂床层存在温度分布的现象，利用对催化剂床层分区域来梯度研究积碳量、积碳类型和积碳机理的优点，采用TPO-MS和TPH-MS等方法确定催化剂积碳量和积碳类型，研究催化剂床层温度和原料中各组分的相对含量对催化剂积碳量和积碳类型的影响规律，建立相应的数学模型；采用TG-MS在线监测催化剂表面积碳-消碳反应的相对速率，采用红外光谱仪原位在线监测催化剂表面生成的反应中间物种，建立催化剂积碳机理模型。本研究可为设计抗积碳TRM反应催化剂提供更为准确的理论指导，为在全催化剂床层范围内实现TRM反应中的"无碳"操作提供模型预测。

通过基金项目的的资助，研究了镍基催化剂上进行的甲烷三重整反应：制备了Ni/Al2O3、Ni/MgxTi1-xO和Pt修饰的Ni/MgO催化剂，考察了工艺参数对催化剂催化反应性能的影响，测量了催化剂床层温度分布，获得了床层温度分布曲线，模拟了催化剂床层的反应区域。.主要结论如下：.1、Ni/Al2O3催化剂制备过程中，焙烧温度影响其结构、性质和催化性能。650 ℃下焙烧的催化剂具有较高的金属分散度（11.5%）和较好的催化性能，产物的n(H2)/n(CO)可以通过改变原料的组成进行调节。Ni/Al2O3催化剂床层中的反应区域可划分为三个区域：富氧区、贫氧区和无氧区，自供热式的重整反应发生在贫氧区内。.2、MgxTi1-xOy复合氧化物载体中的x值影响Ni/MgxTi1-xOy催化剂的结构、性质和催化性能。通过改变x值，可以调节催化剂中金属-载体的相互作用，在不改变催化剂还原度的前提下，改善催化剂的氧化-还原性能，提高了催化剂在TRM反应中的稳定性。x=0.75时，催化剂具有较好的稳定性。.3、制备方法（共浸渍或分步浸渍）影响铂修饰的Ni/MgO催化剂的催化性能。该系列催化剂床层温度分布测量结果和反应区域模拟结果表明，采用分步浸渍法制备的NiPt/MgO和PtNi/MgO催化剂，可以消除床层入口处的热点，使富氧区和贫氧区合并成为一个自供热反应区，并使得该自供热反应区在整个床层中所占的比例增加。.Abstract