Pt-Al2O3和Ir-SiO2催化劑上甲烷部分氧化制合成氣的同位素示蹤研究.pdf

1、本論文的主要目的是探究Pt/Al2O3和Ir/SiO2催化劑上甲烷部分氧化(POM)制合成氣反應(yīng)的機(jī)理。在論文的第一部分工作中，采用低溫N2吸附、O2化學(xué)吸附、H2-O2滴定和H2-TPR等實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)催化劑進(jìn)行了表征，并以CH4/O2/Ar=2/1/97為原料氣考察了不同溫度下催化劑的反應(yīng)性能，確定Pt/Al2O3和Ir/SiO2上POM反應(yīng)的起燃溫度分別為420和370℃。采用脈沖實(shí)驗(yàn)技術(shù)考察了CH4/O2/Ar=2/1/97混合氣在

2、不同裝量的Pt/Al2O3和Ir/SiO2催化劑床層上的POM反應(yīng)情況，確定了催化劑床層的氧化區(qū)（即原料氣中O2未耗盡的區(qū)域）和重整區(qū)（原料氣中O2已耗盡的區(qū)域）。研究表明，在750℃(700℃)以及載氣流速為120mL/min的實(shí)驗(yàn)條件下，Pt/Al2O3(Ir/SiO2)床層氧化區(qū)內(nèi)已有大量CO和H2生成。通過(guò)對(duì)比氧化區(qū)和重整區(qū)內(nèi)合成氣生成的速率可知重整反應(yīng)對(duì)氧化區(qū)內(nèi)CO和H2生成的貢獻(xiàn)很小，說(shuō)明氧化區(qū)內(nèi)H2和CO的生成主要來(lái)源于C

3、H4的直接部分氧化反應(yīng)。
　　 在論文的第二部分，采用H-D和16O-18O同位素示蹤技術(shù)考察了Ar稀釋的CH4/D2O，CH4/O2/D2O，CD4/O2/H2O和He稀釋的CH4/H218O和CH4/16O2/H218O等混合氣在與氧化區(qū)長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)腜t/Al2O3和Ir/SiO2催化劑床層上的反應(yīng)情況。H-D同位素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與單純的甲烷水蒸氣重整反應(yīng)（CH4/D2O/Ar=2/2/96）相比，在甲烷的水蒸氣重整和甲烷部分

4、氧化反應(yīng)可同時(shí)進(jìn)行的情況下（CH4/O2/D2O/Ar=2/1/2/95），Pt/Al2O3和Ir/SiO2催化劑床層氧化區(qū)上生成的氫氣主要來(lái)自甲烷的部分氧化反應(yīng)。在與氧化區(qū)長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)腜t/Al2O3和Ir/SiO2催化劑床層上脈沖CH4/16O2/H218O/He混合氣的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種催化劑的氧化區(qū)內(nèi)生成的一氧化碳均以C16O為主，說(shuō)明CH4與16O2反應(yīng)生成C16O的速率明顯快于其與H218O反應(yīng)生成C18O的速率，因