我国是煤层气资源大国,煤层气的储量居世界第三。但是对煤层气的利用率较低,尤其是低浓度煤层气,因其CH₄浓度低,处理难度大,很难被有效的利用,很多煤矿都是将其直接排空,这样不仅造成了资源的浪费,而且引起了环境污染。本课题的研究体系是甲烷部分氧化制合成气（POM）反应,就是将低浓度煤层气通过POM反应转化为合成气,然后通过后续的反应将其制成一些高附加值的化学产品。POM反应可以有效地利用低浓度煤层气,但是因其催化剂活性低、稳定性差、容易失活,使其一直处于基础研究阶段。催化剂失活的原因包括积碳、烧结、活性组分流失和中毒,主要是积碳和烧结。目前大部分负载型催化剂的活性组分分散度不高,在反应过程中容易出现烧结和积碳现象。本课题利用尿素分解-均匀共沉淀法制得Ni-Al层状氢氧化物（LDH）,并以此为前驱体制备出活性组分分散性高、颗粒小且均匀的Ni-Al层状双金属复合氧化物（LDO）催化剂用于POM反应,并对其进行了改性研究。结合XRD、BET、H₂-TPR、TG、TEM等表征手段,考察了焙烧温度和Ni含量对催化剂性能的影响,并引入Mg和助剂La、Ce、Yb对其改性,对反应温度和空速等工艺条件进行了考察,得出如下结论:1.焙烧温度对Ni-Al LDO催化剂性能的影响对在不同焙烧温度（350℃、400℃、500℃、700℃）下制备的Ni-Al LDO催化剂,进行了POM反应活性评价和XRD、BET等表征测试。结果发现焙烧温度为400℃时制备的催化剂颗粒小、分散度高、比表面积大,有利于活性组分的分散,其在POM反应过程中有较高的活性。此时,CH₄的转化率为93%,CO和H₂的选择性分别为81%和80%。2.Ni含量对Ni-Al LDO催化剂性能的影响随着Ni/Al从2增加到4,催化剂颗粒增大,比表面积减小,还原温度降低,这可能是由于Ni含量太高,使得Ni颗粒发生团聚,导致活性组分与载体之间作用力减弱。从而影响了其在POM反应过程中的活性。当Ni/Al=2时催化剂活性最好,CH₄的转化率为93%,CO和H₂的选择性分别为81%和80%。3.Mg含量对Ni-Mg-Al LDO催化剂性能的影响随着Mg/Ni从0.33增加到3,催化剂比表面积和孔容先增大后减小、还原温度升高、碱性增强、活性组分的粒径减小,POM反应的催化活性先升高后降低。是因为Mg的加入增强了催化剂活性组分与载体之间的作用力,提高了活性组分的分散性。当Mg/Ni=1时催化剂活性最好,CH₄的转化率为95%,CO和H₂的选择性分别为84%和81%。4.不同助剂对Ni-Mg-Al LDO催化剂性能的影响通过POM活性测试和XRD、BET等表征手段,分别考察了助剂La、Ce、Yb对催化剂性能的影响。结果表明,与其它两种助剂相比,加入助剂Yb后,催化剂颗粒的分散性更好,催化活性更高,CH₄转化率为97%,CO和H₂选择性分别为87%和85%,反应后积碳最少。这可能是由于加入助剂Yb后形成了独特双介孔结构,更有利于Ni颗粒的分散,从而提高了催化剂的活性和抗积碳性能。5.工艺条件考察以及稳定性测试考察了工艺条件反应温度和空速对Ni Mg Al_0.9Yb_0.1催化剂性能的影响。结果显示,CH₄转化率、CO和H₂选择性都随着反应温度的升高而上升。温度在300⁷50℃范围内催化剂活性上升较快,750℃以后变化较为缓慢,这可能因为在较低温度范围内CH₄的活化反应为POM反应的控制步骤,当温度达到750℃时,CH₄活化反应已基本达到平衡。随着空速（GHSV）的增大Ni Mg Al_0.9Yb_0.1催化剂的活性先升高后降低,当空速为2.52×104 m L?g^-1?h^-1时催化剂的活性最优,可能是由于空速低于2.52×104 m L?g^-1?h^-1时随着空速的增加外扩散阻力减小,增大了扩散有效因子,使得CH₄的转化率升高,当空速大于2.52×104 m L?g^-1?h^-1时,反应物分子与催化剂活性组分之间的有效碰撞减少,从而使得CH₄的转化率降低。稳定性测试结果表明,经过170 h的POM反应活性测试后,Ni Mg Al_0.9Yb_0.1催化剂活性没有明显降低,由TEM结果知,稳定性测试后的催化剂没有发生团聚,说明Ni Mg Al_0.9Yb_0.1催化剂具有较好的稳定性。