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以煤为原料通过CO甲烷化反应生产天然气是实现清洁能源利用的重要手段, Ni基催化剂是CO甲烷化体系中常用的催化剂,工业应用中存在的主要问题是还原困难,热稳定性较差。CeO2具有较强的储释氧能力并可与活性组分产生相互作用,作为载体时能够提高催化活性。本文系统研究了Ni/CeO2催化剂制备方法和制备条件以及反应条件对甲烷化反应性能的影响,分析了不同条件制备催化剂中活性组分与载体的相互作用及其和催化性能的关系,并对CO甲烷化催化剂反应后积碳进行初步探讨。 采用共沉淀法制备Ni/CeO2催化剂,考察制备过程中陈化时间、煅烧温度、活性组分含量对催化活性的影响。其中20％Ni/CeO2-24-600催化剂具有较高的催化活性,当反应温度为500℃时,CO转化率为99.3%,甲烷产率为92.5%,甲烷选择性为93.1%。实验表明催化剂中与载体强作用的氧化镍还原后的Ni0是关键的活性组分。 采用溶胶凝胶法制备氧化铈载体。考察载体制备过程中pH、煅烧温度对载体形貌的影响,其中pH=8.5,焙烧温度为600℃时制备的CeO2-8.5-600氧化铈载体形貌规整,孔径分布均匀,粒径较小且结晶度较高。 以CeO2-8.5-600氧化铈为载体,采用浸渍法制备Ni/CeO2催化剂,考察制备过程中催化剂煅烧温度、活性组分含量对催化性能的影响。结果表明,30%Ni/CeO2-600催化剂具有最高的催化活性,当反应温度为500℃时CO转化率为100%,甲烷的产率和选择性均达到95.3%。50h稳定性测试结果表明该催化剂具有较好的稳定性。 比较了不同方法制备Ni/CeO2催化剂的结构和反应性能。无论是CO转化率,还是CH4的产率,相同镍负载量下的催化活性,浸渍法高于共沉淀法制备的催化剂,结合表征结果说明不同的制备方法使NiO的分散度、与载体的相互作用以及载体的氧化还原能力均不同,以规整形貌的CeO2为载体制备出的催化剂,性能优越,抗积碳能力强,热稳定性更好。 催化剂反应后的积碳量和积碳物种均与反应温度有关。催化剂中含碳量随时间的延长逐渐增加并且表现出一定的线性关系,但是催化剂的积碳速率随着反应时间的增加逐渐减少。