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与煤和石油相比,天然气是一种清洁的化石能源且具有较高的热值。近年来,由于天然气过度消耗和价格的持续上涨,煤制合成天然气(SNG)引起了人们的广泛关注。作为制备SNG的一个重要步骤,一氧化碳加氢生成甲烷反应引起了人们的广泛关注。 CO甲烷化催化剂一般为负载Ⅷ族过渡金属催化剂。尽管Ru、Rh、Pd等贵金属催化剂具有较高的低温CO甲烷化活性和选择性,较快的反应速率,但是由于其价格昂贵,不具备工业应用价值。Ni基甲烷化催化剂由于其高的活性和低的价格而得到了广泛的研究和应用。目前催化剂多采用氧化物为载体,由于CO甲烷化反应为强放热性反应且氧化物载体导热性差,在反应过程中容易形成热点,导致催化剂的烧结失活。与氧化物载体相比,SiC具有较好的热导性和热稳定性,较强的机械强度和良好的化学惰性。本文将采用SiC作为催化剂载体,考察Ni/SiC催化剂在CO甲烷化反应中的催化行为,研究预处理条件、反应条件、第二金属的添加等因素对催化剂活性的影响。主要结论如下: (1)考察了不同载体种类和活性组分负载量对催化剂甲烷化活性的影响,发现Ni的最佳负载量为13wt.%且Ni/SiC催化剂比Ni/TiO2、Ni/Al2O3和Ni/SiO2催化剂具有更高的活性和稳定。考察预处理条件和反应条件对催化剂行为的影响时发现,当焙烧温度为550℃、还原温度为500℃时,Ni/SiC催化剂具有较好的催化活性。采用共浸渍法加入硝酸铝,可以促进金属镍颗粒在催化剂表面的分散,增强活性组分和载体之间的相互作用力,有效抑制活性组分的流失,从而提高Ni/SiC催化剂稳定性。 (2)考察了第二金属组分Co、Cu、Zn的添加对Ni/SiC催化剂甲烷化活性的影响。发现Co的添加提高了催化剂表面金属分散度,增加了催化剂表面活性位的数量,从而促进了催化剂对CO的吸附,提高了催化剂的甲烷化活性。而Cu和Zn的添加则覆盖了部分活性组分,减少了催化剂表面活性位的数量,降低了催化剂的活性。 (3)考察Ni-Co双金属催化剂的CO甲烷化行为。与单金属催化剂相比,Ni-Co双金属催化剂具有较高的甲烷化活性,且Ni/Co比影响了催化剂的甲烷化活性。其中,6Ni4Co/SiC催化剂具有最高的活性和较好的稳定性。通过进一步的表征发现金属组分在双金属催化剂表面发生富集。Ni与Co之间的相互作用力和较高的金属分散度有利于CO的吸附和活化,从而提高了双金属催化剂的甲烷化活性。 (4)研究了Ni/SiC催化剂在焦炉气甲烷化反应中的应用。结果发现在反应过程中CO转化率达到最大值后CO2才进行反应。其中,负载量为20wt.%的Ni/SiC催化剂具有较好的催化活性和稳定性。第二金属Ce、Zr、La的添加促进了活性组分的分散,提高了催化剂的活性。