Rh/SiO_2催化劑上甲烷部分氧化制合成氣的反應(yīng)機(jī)理

【摘要】：采用原位Raman光譜技術(shù),在原料氣中的O2未完全耗盡的條件下,對(duì)CH4部分氧化制合成氣反應(yīng)的Rh/SiO2催化劑床層前部貴金屬物種的化學(xué)態(tài)以及由CH4解離所生成的碳物種進(jìn)行了表征.在此基礎(chǔ)上采用脈沖反應(yīng)和同位素示蹤技術(shù),比較了CH4的部分氧化及其與H2O和CO2的重整等反應(yīng)對(duì)催化劑床層氧化區(qū)內(nèi)CO和H2生成的相對(duì)貢獻(xiàn),并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Ra-man光譜表征結(jié)果進(jìn)行了關(guān)聯(lián).結(jié)果表明,在600°C下將還原后的4%Rh/SiO2催化劑切入CH4:O2:Ar=2:1:45原料氣,催化劑床層前部未檢測(cè)到銠氧化物的Raman譜峰,但可清晰檢測(cè)到源于CH4解離的碳物種;在700°C和接觸時(shí)間小于1ms的條件下,催化劑床層的氧化區(qū)內(nèi)已有大量CO和H2生成,在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,CH4與H2O或CO2重整反應(yīng)對(duì)氧化區(qū)內(nèi)合成氣生成的貢獻(xiàn)則很小;以CH4:16O2:H218O:He=2:1:2:95為原料氣的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在原料氣中16O2未完全耗盡的情況下,反應(yīng)產(chǎn)物中C16O的含量占CO生成總量的92.3%,表明CO主要來(lái)自CH4的部分氧化反應(yīng).上述結(jié)果均表明,在O2存在下Rh/SiO2催化劑上CO和H2可以通過(guò)CH4直接解離和部分氧化機(jī)理生成. 【作者單位】： 廈門(mén)大學(xué)固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 醇醚酯化工清潔生產(chǎn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)系;
【關(guān)鍵詞】： 銠 甲烷部分氧化 合成氣 脈沖反應(yīng) 原位拉曼光譜 同位素示蹤
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃,2010CB732303) 國(guó)家自然科學(xué)基金(20873111,20923004,21033006) 教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(IRT1036) 福建省重大科技專項(xiàng)(2009HZ0002-1)~~
【分類號(hào)】：TE665.3
【正文快照】： CH4制合成氣是天然氣間接轉(zhuǎn)化過(guò)程的關(guān)鍵步驟,長(zhǎng)期以來(lái)主要采用水蒸氣重整來(lái)實(shí)現(xiàn)(CH4+H2O→CO+3H2,ΔH0298=206kJ/mol)[1].由于該過(guò)程能耗和水耗高,降低了過(guò)程的整體效益,多年來(lái)除了不斷對(duì)現(xiàn)有工藝過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化外,人們一直希望能開(kāi)發(fā)出新的合成氣生產(chǎn)路線.與傳統(tǒng)CH4水蒸氣重

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