甲烷部分氧化制合成气具有设备投资少、反应器体积小、能耗低、生成H₂和CO的摩尔比接近2等优点,适合甲醇合成及费托合成反应。因此,该反应受到人们的广泛重视。本文结合课题组前期工作,主要从甲烷部分氧化催化剂的制备、工艺条件及催化剂表面状态等几方面进行了研究。催化剂采用聚乙二醇为分散剂;以硝酸盐溶液浸渍方式添加第一助剂CeO₂及第二助剂ZrO₂,并通过TG-MS、TPR等手段,对催化剂的制备条件进行了考察,确定了催化剂适宜的制备条件为空气气氛500℃焙烧2h,10%氢-90%氮混合气氛下500℃还原1h,氮气保护下1000℃烧结1h。论文对添加第二助剂ZrO2后的Ni-Ce_xZr_1-xO₂催化剂进行了活性评价,并通过XRD、BET等表征方法分析了不同x值对催化剂晶相结构、表面性质的影响。分析表明,第二助剂ZrO2的加入,能与CeO₂形成固溶体,改善了催化剂储氧移氧的能力。适宜的x值为0.8,此反应后最佳工艺条件为进料摩尔比CH₄/O₂=2.0、反应温度930℃、空速1.4×10⁵h^-1。在上述条件下,CH4转化率98%,H2和CO选择性分别为93%和98%,产物中H₂/CO摩尔比为1.9。论文采用TPSR-MS技术研究了纯Ni、Ni-CeO₂和Ni-CexZr_1-xO₂催化剂表面状态对催化剂甲烷部分氧化性能的影响。结果表明,在反应温度下,还原态Ni物种是CH₄解离的活性中心;助剂CeO₂和ZrO₂的加入能明显改善催化剂表面的性质,促进CH₄的转化;催化剂表面氧物种的存在形式和浓度对甲烷部分氧化反应具有一定的影响,加入CeO₂和ZrO₂助剂能有效改善催化剂表面氧物种的存在形式和浓度。