Ni-Mo氮化物催化剂:合成及其丙烷氨氧化催化性能
Ni-Mo氮化物催化剂合成及其丙烷氨氧化催化性能翻译
本科毕业论文(设计)科技文献翻译《Ni‐Mo nitride catalysts:Synthesis and application in the ammoxidationﻩofpropane》《Ni-Mo氮化物催化剂:合成及其丙烷氨氧化催化性能》学院化学化工学院姓名李进学号 201007120138年级2010专业化学工程与工艺指导教师付庆涛2014年 5月Ni-Mo氮化物催化剂:合成及其丙烷氨氧化催化性能Xiaoqiang Fan ,Huimin Zhang ,Jianmei Li ,ZhenﻩZhao ,Chun ming Xu ,Jian Liu ,Aijun Duan, Guiyuan Jiang ,Yuechang We i摘要: 分别采用溶胶-凝胶法、旋转蒸发微波干燥法、共沉淀法、浸渍法和机械混合法制备Ni-Mo氧化物前驱体. 以H2和N2的混合气为氮化气体,采用程序升温氮化法合成了镍钼氮化物催化剂. 利用X射线衍射、总氮含量分析、X射线光电子能谱及H2程序升温还原对Ni-Mo氧化物前体及氮化物催化剂进行了表征. 将上述Ni-Mo氮化物催化剂用于丙烷氨氧化反应中. 结果表明,Ni-Mo氧化物前驱体的制备方法影响其氮化物催化剂上丙烷氨氧化应性能. Ni-Mo 氮化物催化剂中氮物种的移动性及反应性对产物丙烯腈选择性的影响较大, 共沉淀法制备的催化剂存在大量的活性氮物种,因而具有良好的催化丙烷氨氧化反应活性.关键词:镍钼氮化物; 丙烷氨氧化;丙烯腈;制备方法; 氮物种1、引言最近几年过渡金属氮化物由于其特殊的性能与那些VIII族金属[1]相似已经在许多催化反应中引起相当大的关注。
其中,钼为基础的双金属氮化物在催化反应中已经引起了最广泛的关注,包括氨合成[2],氨分解[3,4],加氢脱硫[5]和加氢[6]。
近日,在金属氮化物的兴趣透露他们的潜力,作为活性氮物种[7]贮藏和转化剂。
哈格里夫斯组[8]发现Co3Mo3N中的晶格N是可交换的,并且可以H2/Ar下转化为Co6Mo6N。
丙烷氨氧化制丙烯腈的反应研究
丙烷氨氧化制丙烯腈的反应研究作者:赵广金来源:《科学与财富》2016年第19期摘要:由于原料丙烯的短缺以及对丙烯腈需求的不断增加,本文在查阅大量文献的基础上,对以丙烷为原料的丙烯腈生产路线,尤其对丙烷氨氧化反应的两种工艺和几种有发展前景的催化剂做了简要介绍。
关键词:丙烷;丙烯;丙烯腈;氨氧化;催化剂1 前言:丙烯腈是一种重要的有机化工原料,是三大合成材料——合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料,在有机合成工业和人民经济生活中用途广泛。
丙烯腈可用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS )、苯乙烯塑料和丙烯酞胺(丙烯腈水解产物)。
另外,丙烯腈醇解可制得丙烯酸醋等[1]。
随着下游精细化工产品的不断开发与应用,世界丙烯腈的需求量不断增加。
但我国现有的丙烯腈生产能力还远不能满足需求,仍需大量进口。
因此,加大对丙烯腈生产工艺技术和催化剂体系的研究开发力度,不断提升我国丙烯腈生产的技术水平,是解决我国丙烯腈供需矛盾的关键 [ 2 ]。
本文在查阅大量文献资料的基础上,简要介绍了国内外对丙烷氨氧化制取丙烯腈反应工艺及几种催化剂。
2 丙烷氨氧化制丙烯腈工艺丙烯腈生产工艺流程分五个部分:合成、分离、后处理、乙腈、硫氨。
目前国内外主要生产工艺包括流化床丙烯氨氧化丙烷氨氧化法[3]。
由于丙烷与丙烯之间存在着巨大的价格差,而且丙烷资源丰富,各公司纷纷研究以丙烷作原料生产丙烯腈的工艺。
这可以凭借雄厚的丙烷原料完成氨氧化,是一种环境友好型和更具有潜在经济效益的工艺[4]。
目前,丙烷氨氧化法工艺可分2种,其一是一步法,即丙烷在稳定催化剂作用下,同时进行丙烷的氧化脱氢和丙烯氨氧化反应;其二是两步法,即丙烷经氧化脱氢后生成丙烯,然后以常规的丙烯氨氧化工艺生产丙烯腈[5]。
2.1 丙烷直接氨氧化工艺丙烷直接氨氧化制丙烯腈是个复杂的反应,既有C3H8和NH3的活化,还存在着NH的插入反应。
反应过程中除了生成丙烯腈的主反应外,还将伴随大量副反应的发生,从而增大了催化反应机理研究的难度。
负载型Ni-MoCx催化材料的制备方法及其在化学链干气重整制合成气中
专利名称:负载型Ni-MoCx催化材料的制备方法及其在化学链干气重整制合成气中的应用
专利类型:发明专利
发明人:石川,张晓,陈冰冰
申请号:CN201910199375.8
申请日:20190315
公开号:CN109894133A
公开日:
20190618
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了负载型Ni‑MoC催化材料的制备方法及其在化学链干气重整制合成气中的应用。
负载型Ni‑MoC催化材料包括MoC,大比表商用载体和金属Ni,其中MoC的质量百分比为25%‑75%;金属Ni的质量百分比为2.5%‑7.5%;大比表商用载体材料主要包括:
γ‑AlO,SiO,CeO,BN,水滑石等,质量百分比为22.5%‑67.5%。
本发明以负载型Ni基催化材料作为基体,同时引进助剂过渡金属碳化钼材料,对载氧体微观结构进行调控和优化,实现温和条件下甲烷高效制取合成气,兼具适宜于费托合成工艺过程的优异的H/CO比(2‑2.5左右)以及优异的循环稳定性,提高能源转换效率。
申请人:大连理工大学
地址:116024 辽宁省大连市高新园区凌工路2号
国籍:CN
代理机构:大连东方专利代理有限责任公司
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Ni-Mo系双活性组分耐硫甲烷化催化剂活性研究
Ni-Mo系双活性组分耐硫甲烷化催化剂活性研究二硫化碳1—混合罐2—预热管3—管式反应器4—冷凝罐5—气液分离罐6—脱硫塔7—干燥器图1催化剂性能评价装置及流程示意图N 2H 2CON 2鼓泡煤制天然气技术是将高碳能源向低碳、富氢能源转化的有效途径,煤气化和甲烷化是其核心技术[1]。
甲烷化过程主要有间接甲烷化与直接甲烷化两种生产工艺。
传统甲烷化过程采用间接甲烷化工艺,以镍基为活性组分[2],此工艺路线具有处理量大、技术路线较为成熟等优点,但最大缺陷是不耐硫,原料气中含硫物质必须经酸性气体脱除(使H 2S 体积分数<0.1×10-6),工艺成本非常高。
第二种为耐硫甲烷化工艺,催化剂主要以钼基为活性组分[3],原料气无需脱硫,其工艺流程极大简化,节省了投资并降低了能耗,但此工艺甲烷化活性不高。
为了结合镍基催化剂与钼基催化剂的优点,华烁科技股份有限公司在甲烷化催化剂研究基础上,研发了Ni-Mo 系新型耐硫甲烷化催化剂,本文以Ni-Mo 系双活性组分NSM-42型耐硫甲烷化催化剂为对象,研究了反应温度、反应空速、反应氢碳进料比对催化反应活性的影响,并探讨了催化剂焙烧温度对催化剂活性的影响。
1试验1.1催化剂性能评价装置及流程采用常压管式反应评价装置对催化剂进行评价,其装置及流程示意图见图1。
试验过程有四路气体,一路H 2、一路CO 、两路N 2(一路N 2作为反应气的平衡气,一路N 2在硫化过程中对二硫化碳液体进行鼓泡),气体流量均通过质量流量计控制。
催化剂活化后,反应气(H 2、CO 、N 2)经混合罐混合、预热管预热进入管式反应器,反应后通过气液分离罐分离出大部分反应产物水,最后通过脱硫塔与干燥器对产物净化处理。
图中虚线表示该段管线需经保温处理。
第46卷第3期2018年6月煤化工Coal Chemical IndustryVol.46No.3Jun.2018摘要为提升耐硫甲烷化催化剂活性,华烁科技股份有限公司开发出NSM-42型Ni-Mo 系耐硫甲烷化催化剂,并在常压管式反应评价装置上对该系列催化剂进行了性能研究。
纳米Ni2V2O7的制备与表征及其丙烷氧化脱氢催化性能
溶胶-凝胶法制备Ni2V2O7的丙烷氧化脱氢催化性能高军照日格图★特日格乐萨嘎拉内蒙古师范大学化学与环境科学学院, 内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室, 内蒙古呼和浩特010022摘要: 以柠檬酸为配位剂, 溶胶-凝胶法制备Ni2V2O7, 采用X射线衍射、氮气物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱、氢气程序升温还原、X射线光电子能谱和透射电子显微镜等技术对催化剂进行了表征. 通过差热-热重分析, 考察干凝胶分解为Ni2V2O7的温度以及分解过程的热效应并研究了不同焙烧温度与Ni2V2O7的形成、晶化程度之间的关系以及对丙烷氧化脱氢(ODH)制丙烯反应催化性能的影响.关键词: Ni2V2O7 , 溶胶-凝胶法, 丙烷, 氧化脱氢中图分类号: O643,32 文献标识码: A丙烯是生产石油化工产品的基本原料之一, 目前丙烯生产工艺难以满足其日益增长的需求量[1,2]. 近年来丙烷氧化脱氢制丙烯工艺备受关注, 其中催化剂的开发成为关键. 钒基复合氧化物由于具有较高的氧化脱氢活性和良好的烯烃选择性, 被广泛用于丙烷、丁烷等低碳烷烃氧化脱氢[3,4]. 人们研究了不同金属离子的钒基系列催化剂M-V-O(M: Mg[5]、Ca[6]、Zn、Pb[7]、Co[8]、Ni[9, 10]、Mo[11]等)的催化性能, 结果表明这类催化剂的催化性能不仅与同钒结合金属的性质和比例有关, 而且与制备方法等因素也存在着密切的联系. 研究者发现钒基复合氧化物的物相中焦钒酸盐M2V2O7具有较高的丙烯选择性[5,9,12,13], Volta[5]认为对氧缺位形成有贡献的V4+能稳定存在于焦钒酸镁相中, 是反应的活性相, 共角的V2O7四面体是活性位; 方智敏[9]等认为α‐Mg2V2O7具有较高丙烯选择性.Ni-V-O催化剂体系中可存在三种稳定相化合物. P型半导体正钒酸镍Ni3V2O8和焦钒酸镍Ni2V2O7结构比N型半导体偏钒酸镍NiV2O6结构更容易形成, 并具有良好的丙烷氧化脱氢制丙烯催化性能[10, 14, 15]. 通过研究发现[16, 17], 固相球磨、溶剂蒸发和草酸盐等方法制备Ni-V-O 催化剂表现出的丙烷氧化脱氢催化性能有所不同, 其主要原因是制备方法对催化剂的比表面积、物相的形成和氧缺位等有一定的影响. 溶胶-凝胶法制备的催化剂具有金属组分分散性高、比表面积大等优点[18]. 本文采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备Ni2V2O7催化剂, 研究焙烧温联系人: 照日格图. Tel: (0471)4393099; Fax: (0471)4392036; E-mail: zrgt@基金来源: 国家自然科学基金(20663004); 内蒙古自治区自然科学基金(重点)(2009Zd02); 内蒙古师范大学研究生创新基金(CXJJS08018)作者简介:高军, 男, 1983年5月生, 在读硕士收稿日期:2010-01-05度对Ni2V2O7催化剂的形成、结构和物理化学性质的影响以及丙烷氧化脱氢(ODH)制丙烯催化性能之间的关系.1 实验部分1. 1 催化剂的制备以摩尔比1:1准确称取Ni(NO3)2·6H2O、NH4VO3和一定量(n柠檬酸/(nNi+nV)= 3)的柠檬酸(C6H8O7·H2O)并分别配其水溶液. 将三者均匀混合, 80℃水浴搅拌蒸干, 将得到的湿凝胶放入烘箱中, 在60℃烘干36h, 干燥后放入高温炉中缓慢加热到350℃焙烧2h, 冷却取出研磨30min后, 将其分为五份, 分别在400℃、500℃、600℃、700℃、800℃焙烧2h, 把制得催化剂记为Ni2V2O7(T)(T =400、500、600、700、800).1. 2 催化剂的表征样品的热重分析在日本岛津公司DTG-60H综合热分析仪上完成, 10℃/min升温速率从室温升温至800℃, 在N2气氛下进行.XRD分析在荷兰Philips公司PW1830型X射线衍射仪上进行, Cu靶, Kα辐射源(λ=0. 154056nm), 管压40kV, 管流40mA, 扫描速度为2°/min.氮气物理吸附测定在美国麦克尔公司生产的ASAP2020型孔结构物理吸附仪上进行. 首先将样品于He中在200℃抽真空预处理2h, 然后在液氮温度下进行静态氮吸附, 样品的比表面积由BET公式计算.样品组成在日本岛津公司生产的ICP-1000型高频电感耦合等离子体发射光谱分析仪上进行. 射频功率1.2KW, 高频频率27.02MHz, 等离子气流量1.5L/min, 载气(雾化氢气)流量1.0L/min, 冷却气流量10.5L/min, 溶液提升量2.4L/min, 观察高度15mm, 积分时间20s.H2-TPR实验在自组装程序升温仪器上进行. 150℃条件下, 纯Ar气吹扫30min脱附样品表面的吸附水, 冷却至室温. 5%H2/Ar混合气为还原气, 总流量50ml/min, 升温速率15℃/min, TCD检测器.TEM观察在日本电子公司JEM-2010型高分辨率TEM上进行, 将少许样品放入称量瓶中, 加入乙醇超声分散30min, 然后取两滴溶液滴到附着有碳膜的铜网上进行观察.XPS分析在英国Amicus型多功能电子能谱仪上进行, Mg K a (hv = 1253.7eV)X射线源,样品表面的荷电效应校正用C1s (284.60eV)来标定. 全谱扫描的能量范围为0~1200 eV, 扫描步长1eV, 通能为75eV; 窄谱扫描的步长为0.1eV, 通能75eV, 工作电压12kV, 功率180W, 真空室的真空度为4×10-6pa; 最佳能量分辨率<0.8ev.1. 3 催化剂反应活性测试催化剂丙烷氧化脱氢制丙烯反应催化性能在固定床石英管中进行, 催化剂装量为0.5g, 催化剂床层高度约为8mm, 其两端用石英棉固定, 反应器剩余部分用石英砂填满以减小死体积. 在反应温度范围内, 每隔25℃分析一次产物组成. 原料气的摩尔组成为10%C3H8+10%O2+80%N2, 原料气总流速为50ml/min. 采用GC-14A型气相色谱仪在线分析产物, TDX-01柱上分析O2、CO、CH4和CO2, 数据采集时间32分钟; OV-1柱上分析CH4、H2、C2H4、C3H6、C3H8和CO2, 数据采集时间18分钟.2 结果与讨论2. 1 溶剂蒸发法得到样品和溶胶-凝胶法制得湿凝胶的热分解图1 前驱物的DTA-TGA曲线Fig. 1. DTA and TGA curves of the precursor图1(a)、(b)分别为根据文献[13]采用溶剂蒸发法制备的前驱物60℃烘干36h和溶胶-凝胶法(n柠檬酸/(nNi+nV)=3)制得湿凝胶60℃烘干36h后样品的差热-热重曲线图. 图1(a)的DTA-TGA 曲线中, 50~300℃区间内出现三处明显的失重信号, 50~110℃内Ni(NO3)2·6H2O逐步转化为无水盐, >110℃时Ni(NO3)2开始分解, 而NH4VO3的分解温度为200℃, 由此可推断三个失重信号对应的反应过程为:(1)Ni(NO3)2·6H2O=Ni(NO3)2·3H2O+3H2O↑(2)Ni(NO3)2·3H2O=Ni(NO3)2+3H2O↑(3)2 Ni(NO3)2+2 NH4VO3=Ni2V2O7+ N2↑+ 3NO2↑+ NO↑+4H2O↑计算的理论失重分别为(1)18.6%(2)22.8%(3)44.6%与实际测定失重(1)19.2% (2)23.6% (3)45.7% 接近, 说明反应按上述过程进行; 图1(b)的DTA-TGA曲线中, 350℃时DTA-TGA曲线上的强放热峰, 对应于硝酸盐与柠檬酸的反应, 反应放出大量N2、CO2、H2O气体[19], 出现明显的失重, 根据化学反应平衡原则, 可推断硝酸镍和偏钒酸铵与柠檬酸的反应过程为2Ni(NO3)2 ·6H2O +2 NH4VO3+C6H8O7 ·H2O=Ni2V2O7+3N2↑+2CO↑+4CO2↑+21H2O↑计算的理论失重67.7%, 实际测定失重64.7%, 理论和实际失重吻合得好.从图1可以看出, 图1(a)中在300℃吸热21.11J/g, (b)中在350℃放热-240.69J/g, 说明以柠檬酸为配位剂时, 反应过程放出大量热, 有利于催化剂的形成. 通过DTA-TGA图还可以看出在650℃时, 图1(a)、(b)的DTA曲线均出现一个放热峰, 在(a)中放热量大于(b)中, 这可能是前者中未反应VO x等量多于后者, 随温度的升高而进一步转化, 导致放热量的不同.2. 2 Ni2V2O7催化剂的晶相及形貌图2 催化剂的XRD谱Fig. 2. XRD patterns of the Ni2V2O7 catalysts图2是400~800℃焙烧制得催化剂的XRD结果. 由图可知, 400℃、500℃焙烧样品均出现NiO的衍射峰, V2O5的特征衍射峰不明显, 未形成完整的Ni2V2O7晶相. 600℃~800℃温度范围内焙烧的样品均出现Ni2V2O7衍射峰, 与JCPDS卡701190对应, 并且随着焙烧温度的升高, Ni2V2O7相的衍射峰强度逐渐尖化. 焙烧温度为600℃时, 形成了组分单一结构完整的Ni2V2O7催化剂. 表1表明, 随着焙烧温度升高, 催化剂中Ni/V比基本保持不变, 催化剂的粒径增加, 比表面积逐渐下降, 当焙烧温度升到700~800℃时比表面积显著降低为 4 m2/g,是催化剂烧结团聚的原因(见图3).表1催化剂的比表面积、Ni/V摩尔比和晶粒Table 1 BET surface area, Ni/V molar ratio and crystallite size of the catalysts400℃500℃600℃700℃800℃BET(m2/g) 32.1 14.0 10.4 4.1 3.9 Ni:V(ICP测定) 2: 2.15 2:2.14 2:2.12 2:2.10 2:2.01 粒径(Scherrer公式, nm) 17.72 42.43 48.96 84.71 88.16粒径(TEM, nm) 18 49 92图3 Ni2V2O7催化剂的TEM图Fig. 3. TEM profiles of Ni2V2O7(400)(a)、Ni2V2O7(600)(b)、Ni2V2O7(800)(c)and HRTEMimages of Ni2V2O7(600)(d)、(e)图3(a)、(b)、(c)是焙烧温度为400℃, 600℃, 800℃所制备催化剂的TEM照片. 从图中可以看出随着焙烧温度升高, 催化剂晶粒逐渐增大, 比表面积逐渐减小(表2), 平均晶粒与Scherrer公式计算的基本一致. 焙烧温度为400℃时, 产物呈球型, 结合XRD结果可知主要是NiO; 焙烧温度为600℃时催化剂的晶粒呈现长方形, 还有少量的球型, 说明Ni2V2O7晶粒生长较好, 球型物质可能是XRD未检测到的NiO; 焙烧温度为800℃时, 催化剂烧结团聚,晶粒变大. 图3(d)是焙烧温度为600℃时催化剂的HRTEM照片, 由图测量的晶面间距为0.5027nm, 与单斜晶系Ni2V2O7催化剂(110)面的面间距一致. 图3(e)为焙烧温度为600℃时催化剂相应选择区域的电子衍射图谱, 衍射斑点分别对应单斜晶系的(110)、(130)、(200)和(013)晶面.2. 3 H2-TPR结果图4 Ni2V2O7催化剂的H2-TPR图Fig. 4. TPR profiles of Ni2V2O7catalysts图4是不同温度焙烧催化剂的H2-TPR谱. 由图可见, 随着焙烧温度的升高, 还原峰位置向高温方向迁移. Ni2V2O7(400)在400℃、550℃、600℃出现3个还原峰, Ni2V2O7(500)在600℃出现一个还原峰, 在650℃还有一个不明显的肩峰,说明400℃和500℃焙烧得到催化剂氧物种反应性能不同, 这与催化剂中NiO、V2O5和Ni2V2O7存在有关. 随着焙烧温度升高Ni2V2O7(600)、Ni2V2O7(700)、Ni2V2O7(800)在600℃~700℃处均有一个还原峰, 且峰面积大小顺序为Ni2V2O7(600)>Ni2V2O7(700)>Ni2V2O7(800), 最高峰温度依次是610℃、650℃、676℃, 结合XRD结果可知, 这些催化剂均以Ni2V2O7物相形式存在, 由H2消耗量估算可知, Ni2+和V5+分别被H还原为Ni0和V4+, 表明在H2-TPR实验中被还原的氧物种包括可动氧和部分或全部晶格氧. 图4显示在还原性气氛中Ni2V2O7(600)对应的还原峰面积较大, 表明该催化剂较易释放氧物种; Ni2V2O7(700)、(800)的还原峰向高温方向迁移, 且其峰面积逐渐减小, 表明氧物种的数量和活性降低, 其主要原因是催化剂的团聚和表面积的降低.2.4 XPS结果图5 Ni 2V 2O 7催化剂的O1s 和 V2pXPS 谱Fig. 5. O1s and V2p XPS profiles of Ni 2V 2O 7catalysts为了进一步分析不同温度制备催化剂表面存在的氧物种, 采用XPS 技术对Ni 2V 2O 7(400)、Ni 2V 2O 7(500)、Ni 2V 2O 7(600)、Ni 2V 2O 7(700)、Ni 2V 2O 7(800)五个催化剂进行了研究. 根据文献对O1s [20]和V2p [21]的XPS 谱进行了分峰, 结果如图5所示, 并计算了表面不同氧和钒物种的含量, 结果列于表 2. 从图5可以看出Ni 2V 2O 7(400)、Ni 2V 2O 7(500)、Ni 2V 2O 7(600)、Ni 2V 2O 7(700)、Ni 2V 2O 7(800)催化剂的O1s XPS 峰均不对称, 高结合能方向伴有明显的拖尾现象, 可能属于未完全还原的氧物种O δ- (0<δ<2). 结合表2可以看出Ni 2V 2O 7(400)、Ni 2V 2O 7(500)、Ni 2V 2O 7(600)、Ni 2V 2O 7(700)、Ni 2V 2O 7(800)催化剂上表面O 2-含量分别为61. 33%、61. 96%、62. 49%、64. 20%、68. 77%. Ni 2V 2O 7(600)、Ni 2V 2O 7(700)、Ni 2V 2O 7(800)催化剂上O δ-氧物种含量逐渐减少, 晶格氧含量逐渐增加, 与H 2-TPR 结果中还原性顺序一致, 说明催化剂表面O δ-氧物种含量越多, 其还原性越强.表2 催化剂XPS O1s 和 V2p 分峰拟合结果Table 2 Results of peak fitting for O1s and V2p XPS peaks of the catalystsCatalystBinding energy(ev)FWHM(ev) Molar fraction(%) O 2- O δ-V 4+ V 5+ O 2- O δ- V 4+ V 5+ O 2- O δ- V 4+ V 5+ 2P 3/22P 1/2 2P 3/2 2P 1/2 2P 3/2 2P 1/2 2P 3/2 2P 1/2 400℃530.16 531.22 516.00 523.00 516.90 524.00 2.76 5.21 2.18 2.41 7.23 6.15 61.33 38.67 66.45 33.55 500℃530.15 531.21 515.90 522.90 516.80 523.90 2.31 4.45 2.12 2.22 2.62 5.87 61.96 38.04 65.99 34.01 600℃530.16 531.22 516.00 523.00 516.91 524.00 2.22 3.31 1.88 2.82 1.79 5.02 62.49 37.51 64.91 35.09 700℃530.15 531.23 516.00 522.99 516.90 524.00 2.70 4.95 2.04 2.26 1.83 5.87 64.20 35.80 64.46 35.54 800℃ 530.15 531.21 515.90 522.99 516.90 523.99 2.30 4.001.862.20 1.66 2.87 68.77 31.23 63.80 36.20不同焙烧温度制备的Ni2V2O7催化剂中表面V4+ 物种含量均多于V5+ 物种, 并且随着焙烧温度升高, 表面V4+ 物种含量依次为Ni2V2O7(400)>Ni2V2O7(500)>Ni2V2O7(600)>Ni2V2O7(700)>Ni2V2O7(800). 张伟德等[22]研究钒基催化剂, 发现V4+浓度大小与丙烷氧化脱氢制丙烯催化活性成正比, 结合O1s XPS结果, 发现催化剂中表面V4+增多时, 表面未完全还原氧物种含量也增加. Ni2V2O7表面V4+含量较多时, 容易形成未完全还原的氧物种Oδ-提高了催化剂的性能.Herrmann等人[23]认为, 在丙烷氧化脱氢反应中, V4+/V5+的氧化还原对和未完全还原的O-或O22-氧物种有下列反应关系式:V5+V4+ + h+O2-(1) + h+O-(s)总反应:V5+ + O2-(1)V4+ + O-(s)根据各元素XPS 特征峰面积的大小, 并利用灵敏度因子计算了各种元素的含量. Ni(2p), V(2p), O(1s)的灵敏度因子分别为21.1, 9.59, 2.85. 计算出Ni2V2O7(400)、Ni2V2O7(500)、Ni2V2O7(600)、Ni2V2O7(700)、Ni2V2O7(800)催化剂表面Ni/V比分别为2:1.58、2:1.56、2:1.49、2:1.47、2:1.46, 而由ICP测得体相Ni/V比分别为2:2.15、2:2.14、2:2.12、2:2.10、2:2.01, 通过比较可以看出表面Ni含量明显高于体相, 而表面V含量低于体相, 说明镍容易向表面聚集.2.5 Ni2V2O7催化剂的丙烷氧化脱氢反应催化性能图6 C3H8转化率一定时Ni2V2O7催化剂上C3H6选择性和反应温度Fig. 6. C3H6 selectivity and reaction temperature over Ni2V2O7catalysts at the certain C3H8conversion图6为不同温度焙烧制备Ni2V2O7催化剂的丙烷氧化脱氢性能结果. 从图中可以看出, 丙烷转化率一定(5%、15%)时, 丙烯选择性顺序为Ni2V2O7(400)<Ni2V2O7(500)<Ni2V2O7(600)<Ni2V2O7(700)<Ni2V2O7(800), 这与催化剂的晶化程度相对应. 随着焙烧温度升高, 催化剂晶化程度越好, 其上得到丙烯选择性越高. 如图所示, 随着焙烧温度升高, 在相同转化率下, 对应的反应温度逐渐升高, 说明随着焙烧温度升高, 催化剂的催化活性下降, 这是由于催化剂比表面积降低, 表面活泼氧物种Oδ-和V4+含量降低所致. 通过TPR和XPS 分析得到结果与催化剂催化性能关联, 发现程序升温反应中氧物种反应性能减弱以及XPS 结果中V4+和Oδ-含量逐渐减少与催化剂催化性能顺序一致, 证明未完全还原氧物种可能是Ni2V2O7催化剂的活性氧物种[12,24]. Ni2V2O7催化剂的丙烷氧化脱氢反应催化性能与其比表面积、晶化程度及表面物种性质和含量有关.3 结论柠檬酸为络合剂, 溶胶-凝胶法制备Ni2V2O7催化剂的过程具有不排放氮氧化物的优点; 400℃、500℃焙烧时反应不完全, 所得到催化剂含有NiO, Ni2V2O7和未成晶形的钒的氧化物等. 当焙烧温度为600℃~800℃时, 随着焙烧温度升高, Ni2V2O7的晶化程度越好, 丙烷氧化脱氢反应的丙烯选择性越高; Ni2V2O7催化剂的催化性能与其比表面积、晶化程度及表面物种性质和含量有关, 其中制得大比表面积Ni2V2O7催化剂是关键.参考文献[1] Guo Hong-hui(郭洪辉), Chen Ji-hua(陈继华). Zhejiang Chemical Industry. (浙江化工)[J].2007, 38(4): 9~11[2] Chen Dan-jiang(陈丹江). China Chemical Reporter. (中国化工报)[N]. 2009, 8 (18): 003[3] Blasco T, López Nieto J M. Appl. Catal. 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The temperature of the xerogel decomposition into Ni2V2O7 and the thermal effects of decomposition process were investigated by DTA-TGA. The relationship between calcination temperatures and the formation of Ni2V2O7, as well as the influence of calcining temperatures on the catalytic performance for the oxidative dehydrogenation of propane to propene were studied.Keywords: Ni2V2O7, Sol-Gel method, Propane, Oxidative Dehydrogenation。
焙烧气氛对丙烷氨氧化Mo_V_Te_Nb_O催化剂性能的影响_汪国军
文献标识码:A
由于近年石油价格一直在高位运行, 以低碳烷烃替代低碳烯烃生产化工产品日益受到人们的重视, 其中关于丙烷替代丙烯氨氧化生成丙烯腈(AN)的技术的报道很多[1-3],且该技术在近期有望实现工 业化。丙烷氨氧化反应的催化剂主要有Sb-V和Mo-V复合氧化物体系。由于以Mo-V复合氧化物体系为 催化剂反应生成的丙烯腈收率高于Sb-V复合氧化物体系,因此研究者更关注提高Mo-V氧化物体系的 性能[4,5]。在Mo-V氧化物体系中,Mo-V-Te-Nb复合氧化物是丙烷氨氧化反应的重要催化剂,该复合氧 化物在制备过程中可以生成多种物相,但其主要活性相为立方相M1和准六方相M2。M1相主要用于丙 烷活化并将活化的丙烷转化为丙烯腈; M2相不能活化丙烷, 但能将M1相生成的丙烯转化为丙烯腈[6,7]。 由于Mo-V-Te-Nb复合氧化物中Mo和Te在焙烧过程中都会升华,所以制备过程中保持催化剂组成稳定 和在焙烧过程中生成相应的活性相是制备性能良好的丙烷氨氧化催化剂的关键。已有文献[6,7]报道,在 氮 气 气 氛 下 焙 烧 Mo-V-Te-Nb 复 合 氧 化 物 催 化 剂 , 但 没 有 说 明 使 用 氮 气 的 原 因 。 本 工 作 以 MoV0.31Te0.23Nb0.24氧化物为对象,研究不同焙烧气氛对该催化剂结构和催化性能的影响,以便获得结 构和性能稳定的Mo-V-Te-Nb氧化物催化剂,为制备Mo-V复合氧化物催化体系提供合适的焙烧条件。
收稿日期: 2013-02-18;修订日期: 2013-03-20。 作者简介: 汪国军(1970—) ,男,高级工程师。E-mail:wgjwcy@。
158
化学反应工程与工艺
2013 年 4 月
液温度70 ℃。在搅拌条件下依次将NH4VO3溶液、C2H2O4· 2H2O和NbC2O4混合液加入到Mo-Te混合溶 液中。混合后保持在70 ℃并搅拌3 h,然后升至90 ℃蒸去水分。蒸干后的样品分别在氧气、空气和氮 气气氛下于600 ℃焙烧2 h,然后冷却、粉碎、筛取0.45~0.90 mm(20~40 目)的催化剂用于评价。 1.2 催化剂表征 在 BRUKER D8 ADVANCE 型 X-射线粉末衍射(XRD)仪上分析样品的形貌,Cu K1 靶辐射 (为 0.154 06 nm) ,电流 200 mA,管压 40 kV,扫描范围 5~90°,扫描速率 12(o)/min。拉曼光谱 (Raman)分析在 Jobin Yvon LabRam-1B 上进行,光源为 He-Ne 激光器(632.8 nm) ,功率 64 mW, CCD 检测器。 X 射线光电子能谱 (XPS) 采用 AXIS Ultra DLD 仪器分析, Al Kα 激发光源, 功率 150 W。 谱线通过污染碳的 C1s 谱线予以校正,通过积分求出各元素特征谱的峰面积,除以灵敏度因子,算出 催化剂表面各元素含量。 1.3 催化剂评价 催化剂反应性能评价在连续固定床微型反应器上进行。 催化剂颗粒大小0.45~0.90 mm (20~40 目) , 取2.0 g催化剂用3 g石英砂稀释, 反应温度420 ℃, 常压, 原料体积百分比 (丙烷:氨:空气) 为1.0∶1.2∶10.0, 不锈钢反应器直径为10 mm。原料丙烷、氨和空气分别经质量流量计计量后,进入反应器。热电偶插 入反应器催化剂床层中心,用来控制反应温度,反应稳定4 h后取样分析。反应后的气体用低于10 ℃ 的稀盐酸和水吸收,吸收液用于分析各种可凝性产物及未反应氨的含量。吸收后的尾气用于分析不凝 性组分含量,尾气流量经皂膜流量计计量。可凝性组分丙烯腈、乙腈、丙烯醛和丙烯酸等采用氢焰色 谱法分析,氢氰酸用常规银量法分析;不凝性组分二氧化碳、一氧化碳、丙烯、丙烷、乙烯、乙烷和 氧气等用热导色谱法分析,未反应氨用常规酸碱中和法分析。根据分析结果计算各产物的单程收率, 碳平衡(1005)%的数据作为有效数据。
煤焦油加氢工艺及加氢催化剂浅析
与高温煤焦油相比,中低温煤焦油中各类物质分布相对比较分散,除酚类外,其他物质的含量都很少。
鉴于此,中低温煤焦油的加工路径通常有两种:精细化工和加氢改质。
由于中低温煤焦油中单体组分含量少,这一加工工艺的经济性较差,因此目前国内中低温煤焦油的利用以加氢提质制取燃料油为主。
一、中低温煤焦油加氢工艺1.轻馏分加氢。
轻馏分加氢是指,先将中低温煤焦油原料进行蒸馏切割,得到的轻质馏分进行加氢制取燃料油。
通常采用固定床加氢反应器,对中低温煤焦油中的轻质馏分进行加氢处理,脱除杂原子、饱和烯烃和芳烃,生产出石脑油。
根据中低温煤焦油蒸馏中切割点的不同,相应的工艺也会发生变化。
单段法煤焦油加氢改质工艺,将煤焦油进行常压蒸馏和/或减压蒸馏,切割点为300-380℃,轻质组分中再切除210-230℃的富茶馏分段,剩余的轻质馏分油作为反应原料。
轻质馏分油与氢气混合经加氢精制反应脱硫、氮和部分芳烃饱和,产物直接进入加氢裂化反应器进行深度脱硫和脱芳烃,最终经分离得到目标产物。
为了延长催化剂和反应器的使用寿命,可在两步加氢反应中设置中间闪蒸塔和高压汽提塔,有利于脱除第一步反应生成的气相杂质。
加氢工艺流程如图1所示。
中馏分进入I段加氢保护区反应,得到的产物与氢气混合进入I段加氢精制反应区,流出的产物与轻馏分混合依次进入II段加氢保护区、II段加氢精制区反应,产物经冷却、分离和分馏后得到燃料油产品。
图1煤焦油加氢生产燃料油工艺流程轻馏分加氢工艺流程简单,投资和操作费用相对较低,但是由于燃料油产品的收率取决于煤焦油原料中轻质馏分的含量,因而资源利用率较低。
2.全馏分加氢工艺。
为了提高煤焦油资源的利用率,增加目标产品收率,全馏分加氢工艺引起了大家的广泛关注。
由于中低温煤焦油中含有一部分的沥青、胶质等,如果直接进行加氢,容易造成反应器管道堵塞,催化剂失活等问题,无法保证装置的稳定性,因此,全馏分加氢需要对煤焦油中的重馏分进行特别处理。
二、加氢催化剂根据作用不同,加氢催化剂通常分为加氢精制和加氢裂化催化剂。
合成氨催化剂
合成氨催化剂摘要:合成氨是重要的化工原料,合成氨工业是化学工业的支柱产业。
合成氨工艺主要是对催化剂的研究,文章对合成氨催化剂作研究进展概述,提出了对合成氨催化剂发展的建议。
关键词:合成氨催化剂发展合成氨是重要的化工原料。
氨主要用于制造氮肥和复合肥料,氨作为工业原料和氨化饲料,用量约占世界产量的12%。
硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。
液氨常用作制冷剂。
合成氨工业在国民经济中占有重要地位, 合成氨是一个大吨位、高能耗、低效益的产业。
因此, 合成氨工艺和催化剂的改进将对降低能耗, 提高经济效益产生巨大的影响。
开发低温高活性的新型催化剂, 降低反应温度, 提高氨的平衡转化率和单程转化率或实现低压合成氨, 一直是合成氨工业的追逐目标。
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
至今仍没有开发出与其低压高活性相匹配的低压合成工艺,因此,以催化剂为核心技术,通过对催化剂的深入研究,以提高合成氨工业的综合效益。
1、催化剂合成氨的反应机理热力学计算表明,低温、高压对合成氨反应是有利的,但无催化剂时,反应的活化能很高,反应几乎不发生。
当采用铁催化剂时,由于改变了反应历程,降低了反应的活化能,使反应以显著的速率进行。
目前认为,合成氨反应的一种可能机理,首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附,使氮原子间的化学键减弱。
接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用,在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3,最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。
上述反应途径可简单地表示为:xFe+N2→FexNFexN+[H]吸→FexNHFexNH+[H]吸→FexNH2FexNH2+[H]吸FexNH3xFe+NH3在无催化剂时,氨的合成反应的活化能很高,大约335kJ/mol。
加入铁催化剂后,反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。
第一阶段的反应活化能为126kJ/mol~167kJ/mol,第二阶段的反应活化能为13kJ/mol。
合成氨催化剂
合成氨催化剂的发展应用)摘要:合成氨催化剂是合成氨工业的核心内容,而合成氨工业是化学工业的支柱,在国民经济的诸多领域都占有举足轻重的地位。
简单介绍了一些典型的合成氨催化剂,以及对以后催化剂的发展前景的展望。
关键词:合成氨催化剂应用展望氨是世界上最大的工业和成化学品之一,而与合成氨产量密切相关的是合成氨催化剂,也就是说因为有了合成氨催化剂的发展才有了合成氨工业现在的发展现状。
最初的合成氨利用水电解和水煤气变换制氢,空气分离获取氮气,再由氮气和氢气合成氨,制氢的过程是非常昂贵的,随着天然气或石脑油水蒸气转化制氢催化剂的的开发,使制氢个过程更为廉价。
以及后续的Fe3O4基传统熔铁催化剂、F1-X O基熔铁催化剂、钌基合成氨催化剂等,对合成氨工业的发展都起着关键性的用。
1、Fe3O4基传统熔铁催化剂1913年,Harber和Mittasch A等成功开发了铁基合成氨催化剂[1]之后,人们对此进行了极其广泛和深入地研究,并且这些研究在一定程度上推动了多相催化科学和表面科学的发展。
早在合成氨催化剂研究的初期,研究人员就发现用天然铁矿还原得到的催化剂效率远优于其它铁化合物。
随后根据Almquist等人所确定的纯铁催化剂的活性与还原前氧化度之间的关系,人们通过大量实验发现了经典的火山形活性曲线,沿袭这一结论,得出了铁比值与熔铁基合成氨催化剂的性能有着密切的关系。
但是在八十年代中期,浙江工业大学的刘化章教授在系统研究了合成氨催化剂活性随母体相成双峰形曲线分布而不是传统的火山形分布[2],成为合成氨催化剂历史上的一次重大突破。
通常认为以Fe3O4为母体的催化剂具有的活性最高,并且到目前为止,世界上所有工业氨合成铁催化剂,无一例外,其主要化学组成都是Fe3O4[3]。
磁铁矿中所添加的促进剂的量虽然不多,但是对于提高催化剂的活性具有重要意义。
目前得到应用的促进剂的研究包含三类:碱金属、氧化钴、稀土金属。
其中,铁基合成氨催化剂添加稀土金属后,如CeO ,富集于催化剂表面,不仅大大提高了催化剂的活性,而且也能在很大程度上提高催化剂的寿命。
载体对负载型NiSn催化剂丙烷脱氢性能的影响
载体对负载型NiSn催化剂丙烷脱氢性能的影响张焕玲;王国玮;山红红;李春义【摘要】研究了载体对负载型NiSn催化剂丙烷脱氢性能的影响,主要对比考察了以SiO2、MgO、Al2 O3、MgAl2 O4为载体的NiSn催化剂的丙烷脱氢性能.采用X射线衍射技术(XRD)、氮气吸附-脱附技术、氨气程序升温脱附技术(NH3-TPD)以及氢气程序升温还原技术(H2-TPR)对催化剂样品进行表征.结果表明,SiO2因具有较大的比表面积、大孔径、酸性较弱等特点,以其为载体制备所得催化剂中Ni2.67 Sn2组分含量高,催化剂性能较高.%In this paper, we studied the effects of supports, such as SiO2 , MgO, Al2 O3 and MgAl2 O4 , on the performance of supported NiSn catalyst for propane dehydrogenation. NH3 temperature-programmed desorption, H2 temperature-programmed reduction were applied for the characterization of the catalysts. The results show that SiO2 with large specific surface area and large pore size can achieve good contact between catalyst and reactants, leading to a high content of Ni2. 67 Sn2 alloy and a reduced diffusion resistance, In addition, their weak acid improve dehydrogenation activity and propene selectivity.【期刊名称】《燃料化学学报》【年(卷),期】2017(045)012【总页数】8页(P1529-1536)【关键词】丙烷脱氢;NiSn催化剂;载体【作者】张焕玲;王国玮;山红红;李春义【作者单位】中国石油大学(华东) 重质油国家重点实验室,山东青岛 266580;中国石油大学(华东) 重质油国家重点实验室,山东青岛 266580;中国石油大学(华东) 重质油国家重点实验室,山东青岛 266580;中国石油大学(华东) 重质油国家重点实验室,山东青岛 266580【正文语种】中文【中图分类】TQ536.9近年来,低碳烷烃脱氢制烯烃工艺备受关注,其中,丙烷脱氢制丙烯技术,一方面,可以实现过剩丙烷的高附加值利用;另一方面,可以满足丙烯下游衍生物生产的需求,已成为当前的研究热点[1-9]。
纳米复合氧化物NaMoNiO催化剂上丙烷氧化脱氢制丙烯
纳米复合氧化物NaMoNiO催化剂上丙烷氧化脱氢制丙烯李广超;林晓张;孙毅飞;黄传敬;翁维正;万惠霖【摘要】采用溶胶-凝胶法制备了纳米NiO以及Na或/和Mo掺杂的纳米NiO催化剂,考察了催化剂的丙烷氧化脱氢(oxidative dehydrogenation of propane,ODHP)反应性能,并利用BET、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱、程序升温还原(H2-TPR)以及程序升温脱附(NH3-TPD)等技术对催化剂的结构和性质进行了表征.在考察的不同催化剂中,Na和Mo共掺杂的催化剂(Na0.03Mo0.10NiO)表现出最佳的ODHP反应性能.425℃反应时,其最高丙烯收率为15.4%.催化剂表征结果表明,该催化剂较低的可还原性能以及合适的表面酸性可能是其丙烯选择性较高的重要因.另外,较小的晶粒尺寸以及钼酸镍物种的存在可能也有助于其ODHP反应性能的提高.【期刊名称】《厦门大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2014(053)002【总页数】6页(P221-226)【关键词】纳米NiO;掺杂;丙烷;氧化脱氢【作者】李广超;林晓张;孙毅飞;黄传敬;翁维正;万惠霖【作者单位】厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】O643.3丙烯是重要的石油化工原料,其需求量逐年增长.传统技术生产的丙烯已难以满足实际需求,开发新的丙烯生产技术成为当务之急.丙烷氧化脱氢(oxidative dehydrogenation of propane,ODHP)是优化利用油田气和天然气的重要课题,也是生产丙烯更具吸引力的新途径,因而近年来该反应引起国内外研究者的广泛关注.在ODHP反应中,由于丙烯的活性高于丙烷,所以在高温时产物丙烯很容易先于丙烷与氧气反应形成COx,导致丙烯选择性下降.因此,低温催化剂的研制开发是该反应的一个重要研究方向.目前文献报道的ODHP催化剂主要是V基和Mo基催化剂,其反应温度一般高于500 ℃[1-8]. NiO是典型的氧化反应催化剂,具有p型半导体特性,有相当的非化学计量氧存在.近年来研究表明,介孔结构或纳米尺寸Ni基催化剂是一类较有潜力的低温ODHP催化剂[9-11].由于NiO易被还原为金属Ni和易于烧结,因而往往采用添加助剂的方法对其结构和性能进行调变.文献报道,通过掺杂Ce、Nb、Ti、Zr等元素[10-14],可以改变纳米NiO的结构和表面性质,从而使其ODHP反应性能得到明显提高.但以Mo为助剂制备纳米Ni基复合氧化物催化剂用于ODHP反应的研究尚鲜见报道.本文采用溶胶-凝胶法,制备Mo和/或Na掺杂的纳米NiO基催化剂,通过催化剂表征和ODHP反应性能考察,研究催化剂的构效关系,重点考察掺杂元素对催化剂结构与性能的调变作用.1 实验部分1.1 催化剂制备NaxMoyNiO (x、y分别为Na、Mo相对于Ni的摩尔分数) 催化剂的制备:将NiNO3·6H2O (分析纯) 水溶液逐滴加入到柠檬酸 (分析纯) 水溶液中,在70 ℃下连续搅拌0.5 h.向上述溶液中分别加入一定量Na2CO3 (分析纯) 水溶液和(NH4)6Mo7O24·6H2O (分析纯) 水溶液,充分搅拌直到最后形成黏稠透明的凝胶.然后放入烘箱中,120 ℃条件下干燥24 h.最后放入马弗炉中以1 ℃/min升温至400 ℃,在此温度下保持4 h,得到所需催化剂.其他催化剂 (NiO、NaxNiO、MoyNiO) 的制备方法与其类似.1.2 催化剂表征比表面积测定在美国Micromeritics公司的Tristar 3000型物理吸附仪上进行.透射电镜 (TEM) 实验用荷兰FEI公司Tecnai F30型透射电镜,加速电压为300 kV.测试前,样品的乙醇溶液经超声分散后,用喷有碳膜的铜网捞取悬浮液备用.X射线衍射(XRD)实验在荷兰Panalytical公司X′pert Pro型X-射线粉末衍射仪上进行,CuKα光源,管电压40 kV,管电流30 mA.拉曼光谱实验采用英国Renishaw 公司的UV-Vis Raman System inVia 型激光拉曼光谱仪,Ar+激光(λ=532 nm),CCD 监测器,室温下常规测试.程序升温还原 (H2-TPR)和程序升温脱附(NH3-TPD)实验采用色谱法,热导检测,催化剂用量5 mg,还原气为5%H2/95%Ar混合气,升温速率为10 ℃/min.表1 不同催化剂的ODHP反应性能Tab.1 Catalytic performance of different catalysts for the ODHP reaction催化剂t/℃C3H8转化率/%选择性/%C3H6CH4COCO2C3H6收率/%NiO30024.520.10079.94.935028.6000100040048.5043.33.952.80Mo0.10 NiO3505.861.105.433.53.640026.424.7014.460.96.542525.519.4020.759.94.9 45026.613.2032.254.63.5Na0.03Mo0.10NiO35011.154.404.441.26.040028.9 48.706.345.014.142531.548.807.543.715.445030.649.3010.540.215.1Na0.03 NiO30021.718.70081.34.135024.2000.699.4040025.6002.997.101.3 催化剂反应性能评价ODHP反应在常压、连续流动的固定床微型反应装置上进行.采用管内径为5 mm的石英管作为反应器,催化剂床层置于管式炉中央恒温区,K热电偶位于催化剂床层中部.原料气和反应尾气用装有5A分子筛柱和Porapak Q柱的气相色谱仪 (GC-950,上海海欣仪器有限公司) 在线检测 (TCD).原料气组成n(C3H8)∶n(O2)∶n(N2)=1∶1∶4,反应气空速为10 000 mL/(g·h),催化剂用量为0.1 g.2 结果与讨论2.1 不同催化剂的ODHP反应性能表1列出不同催化剂上ODHP反应结果.纯NiO有较好的低温催化活性,但丙烯选择性较低.该催化剂在300 ℃时获得丙烯收率为4.9%;温度提高至350 ℃时,丙烷完全氧化生成CO2,丙烯选择性降为0;继续升温至400 ℃时,丙烷转化率显著提高,产物中除CO2外还有大量甲烷生成,说明高温下发生了丙烷裂解反应.在NiO中添加Mo(Mo0.10NiO),催化剂的低温活性降低,丙烯选择性提高,丙烷的深度氧化和高温裂解反应均得到明显抑制,但丙烯收率仍处于较低水平.在Mo0.10NiO双组分体系中进一步添加Na,在催化活性改善的同时,丙烯选择性进一步大幅度提升,从而导致丙烯收率显著增加.Na0.03Mo0.10NiO催化剂在400 ℃时,丙烯收率就达14.1%,425 ℃时获得最高丙烯收率为15.4%,这是目前文献报道的Ni基催化剂的较好结果.450 ℃以上继续提高反应温度,可能由于氧限量的原因,丙烷转化率变化不大,而丙烯选择性下降.表1中还列出Na0.03NiO催化剂上的反应结果.可以看出,在NiO中添加单一助剂Na并没有取得好的结果,只是导致低温催化活性降低,丙烯选择性并没有得到提高.上述结果表明,在考察的不同组成催化剂中,Na、Mo共掺杂的NiO催化剂表现出最佳ODHP反应性能.2.2 催化剂表征结果不同催化剂的比表面积列于表2.纯NiO和Na0.03NiO催化剂的比表面积较小,而掺杂Mo后的2个催化剂Mo0.10NiO和Na0.03Mo0.10NiO比表面积却显著增加,这可能是由于Mo的掺杂导致NiO的粒径减小,从而使催化剂的比表面积增大,这将在XRD表征结果中得到证实.表2 不同催化剂的比表面积和平均粒径Tab.2 The surface areas and average particle sizes of different catalysts催化剂SBET/(m2·g-1)平均粒径/nmNiO6812.0Na0.03NiO5113.3Mo0.10NiO1899.0Na0.03Mo0.10NiO1828.5 注:平均粒径由Scherrer 公式计算而得.图1为纯NiO和经Mo、Na掺杂后的不同NiO催化剂的XRD谱图.各催化剂均在2θ=37°、43°、63°、75°和79°附近出现归属于NiO的特征衍射峰,而没有出现与Mo或Na有关的衍射峰,说明掺杂元素相关物种高度分散或其相关物相的含量低于仪器检测限.纯NiO上除出现上述NiO晶相衍射峰外,还在2θ为44.5°、51.8°和76.4°处检测到较弱的金属Ni的衍射峰.微量金属Ni的出现,可能是样品在焙烧过程中由于柠檬酸的裂解、氧化产生C或CO而导致少量Ni物种的还原.一些作者也曾发现过类似现象[15].添加Na或Mo以后,金属Ni的衍射峰消失,说明Ni物种的可还原性能降低.与NiO相比,含Mo样品Mo0.10NiO 和Na0.03Mo0.10NiO的衍射峰强度明显减弱且谱峰宽化,说明掺杂Mo导致NiO的晶粒减小.以位于2θ=43°的衍射峰的半峰宽为参数,利用Scherrer公式计算出各个催化剂的平均粒径,结果如表2.由表中数据看出,各催化剂粒径的大小顺序为:Na0.03NiO>NiO>Mo0.10NiO>Na0.03Mo0.10NiO.此与TEM表征结果(图2)一致.由图2看出,纯NiO与Na0.03NiO催化剂的形貌和颗粒尺寸比较相似,其粒径一般均为12 nm左右;而上述样品经Mo掺杂后(Mo0.10NiO,Na0.03Mo0.10NiO),其粒径明显减小.图1 不同催化剂的XRD谱图Fig.1 XRD patterns of different catalysts不同催化剂的拉曼光谱表征给出其有关表面结构的进一步信息.如图3所示,纯NiO在500 cm-1附近出现了一个较为明显的拉曼峰,此峰对应的是Ni—O的伸缩振动[16-17].Na0.03NiO与纯NiO的拉曼光谱相似,只是前者归属为Ni—O 伸缩振动的谱峰向高波数略有移动,可能意味着Na与Ni物种之间存在着一定的相互作用,导致Ni—O键键能有所增强.Mo掺杂的2个催化剂有近乎完全相同的拉曼光谱,但与纯NiO的拉曼光谱有明显的差别.与纯NiO相比,Mo0.10NiO和Na0.03Mo0.10NiO催化剂上归属于Ni—O伸缩振动的谱峰明显向高波数移动,从500 cm-1移动到了550 cm-1附近,说明Mo与Ni物种之间有较强的相互作用,这种相互作用较Na与Ni物种之间的相互作用更为明显;另外,这2个含Mo的催化剂上均在756,829和865 cm-1处出现3个明显的拉曼峰.这3个拉曼峰归属为钼酸盐类物种的拉曼峰,其中865 cm-1处的谱峰归属为Mo—O—Mo的伸缩振动,756和829 cm-1的谱峰分别对应于Mo—O的反对称伸缩振动和对称伸缩振动[18].图4为不同催化剂的H2-TPR表征结果.从图中可以看出,纯NiO有一个较窄的主还原峰,还原温度较低,在250 ℃即开始还原,峰值位于330 ℃,对应着体相NiO从Ni2+到Ni0的还原.相比纯NiO,Na0.03NiO的还原温度有所提高,但差别不大.而2个掺杂了Mo的催化剂,其还原温区变宽,且还原温度明显向高温移动,这说明Mo和Ni物种之间存在较强的相互作用,使得NiO的抗还原能力得到增强.这可能是相对于纯NiO来说,Mo0.10NiO和Na0.03Mo0.10NiO催化剂的催化活性降低但丙烯选择性明显提高的一个重要原因.(a)NiO;(b)Na0.03NiO;(c)Mo0.10NiO;(d)Na0.03Mo0.10NiO.图2 不同催化剂的TEM照片Fig.2 TEM images of different catalystsa.NiO;b.Na0.03NiO;c.Mo0.10NiO;d.Na0.03Mo0.10NiO.图3 不同催化剂的拉曼谱图Fig.3 Raman spectra of different catalystsa.NiO;b.Na0.03NiO;c.Mo0.10NiO;d.Na0.03Mo0.10NiO. 图4 不同催化剂的H2-TPR谱图Fig.4 H2-TPR profiles of different catalysts图5为不同催化剂的NH3-TPD谱图.纯NiO在200 ℃左右出现了一个峰面积很小的脱附峰,说明纯NiO表面存在弱酸性中心,但酸中心的数量较少.掺杂单组分Na以后,上述脱附峰完全消失,说明在NiO中由于Na的添加导致弱酸中心消失.而在NiO中掺杂单组分Mo后,除在200 ℃左右出现一个峰面积很大的脱附峰外,还在550 ℃附近出现一个高温脱附峰,说明Mo的添加导致催化剂表面酸中心数目的增多和酸强度的增强.在Mo0.10NiO催化剂中添加Na,其低温脱附峰强度减弱,同时高温脱附峰几近完全消失,这说明Na的添加使得催化剂的表面酸中心数目减少,尤其是使得强酸中心得以消除.a.NiO;b.Na0.03NiO;c.Mo0.10NiO;d.Na0.03Mo0.10NiO. 图5 不同催化剂的NH3-TPD谱图Fig.5 NH3-TPD curves of different catalysts2.3 讨论由上述表征结果看出,纯NiO与Na0.03NiO在结构与性质上差别不大,但与Mo0.10NiO和Na0.03Mo0.10NiO相比有显著的差别.Mo的添加使得催化剂比表面积增大,NiO的粒径减小,这将有助于其催化性能的提高.另外,拉曼光谱表征结果表明,Mo与Ni物种相互作用生成钼酸盐类物种,可能因其含量较少或高度分散,这种钼酸盐类物种未被XRD表征检出.钼酸镍是已经报道的一种ODHP催化剂,其丙烯选择性较高,但反应温度一般需在500 ℃以上.由表1看出,本文报道的Na0.03Mo0.10NiO催化剂有较好的低温ODHP反应性能,400 ℃反应时就表现出较高的催化活性.因而,钼酸镍并非导致该催化剂性能改善的唯一原因.事实上,Mo0.10NiO和Na0.03Mo0.10NiO上均检测到钼酸盐类物种的拉曼峰,但二者的催化性能差别很大.H2-TPR和NH3-TPD结果给出了进一步的信息.由于Mo与Ni物种之间较强的相互作用,使得Mo掺杂的NiO催化剂的可还原性能明显降低,由此可能导致了催化剂的低温催化活性降低和丙烯选择性的提高.但另一方面,Mo的添加也导致了催化剂表面酸性的增强,这将不利于反应中丙烯的脱附.在Mo0.10NiO催化剂中进一步添加Na助剂,使得催化剂表面酸中心减少,尤其是使得强酸中心数目大幅度减少甚至消失,因而将导致丙烯选择性的显著提高,这也与文献报道的其他催化剂体系的结果相一致[19].因此,从催化剂的可还原性能以及表面酸性两方面综合考虑,对于Na0.03Mo0.10NiO催化剂来说,其最佳的ODHP性能可能与其较低的可还原性能以及合适的表面酸性密切相关.3 结论在考察的纳米NiO以及Na或/和Mo掺杂的纳米NiO催化剂中,Na、Mo共掺杂的催化剂(Na0.03Mo0.10NiO)表现出最佳的ODHP反应性能.关联催化剂性能评价与表征结果发现,可还原性能与表面酸性是影响该类催化剂性能的重要因素.Na0.03Mo0.10NiO上较高的丙烯选择性,与该催化剂较低的可还原性能以及合适的表面酸性密切相关.另外,较小的晶粒尺寸以及表面钼酸镍物种的存在可能也有助于其ODHP反应性能的提高.【相关文献】[1] Pantazidis A,Burrows A,Kiely C J,et al.Direct evidence of active surface reconstruction during oxidative dehydrogenation of propane over VMgO catalyst[J].Journal of Catalysis,1998,177:325-334.[2] Chao Z S,Ruckenstein E.V-Mg-O prepared via a mesoporous pathway:a low-temperature catalyst for the oxidative dehydrogenation of propane topropene[J].Catalysis Letters,2004,94(3/4):217-221.[3] Liu Y M,Cao Y,Yi N,et al.Vanadium oxide supported on mesoporous SBA-15 as highly selective catalysts in the oxidative dehydrogenation of propane[J].Journal of Catalysis,2004,224:417-428.[4] Fang Y,Li J H,Huang C J,et al.Direct synthesis and superior catalytic performance of V-containing SBA-15 mesoporous materials for oxidative dehydrogenation ofpropane[J].Catalysis 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丙烷氨氧化制丙烯腈催化剂及工艺进展_白尔铮
专家综述与展望收稿日期:2004-02-18作者简介:白尔铮(1945-),男,高级工程师,长期从事石油化工科技情报调研工作,发表论文多篇。
丙烷氨氧化制丙烯腈催化剂及工艺进展白尔铮(中国石化上海石油化工研究院,上海201208)摘 要:丙烷氨氧化制丙烯腈是一种具经济吸引力的潜在丙烯腈生产路线。
对近年来这方面的催化剂开发、反应机理、技术经济性和发展趋势作了评述。
通过比较发现,钒铝氧氮催化剂在丙烷氨氧化体系中具有较钒钼和钒锑混合氧化物催化剂更高的空间收率。
关键词:丙烷;氨氧化;丙烯腈;催化剂;钒铝氧氮中图分类号:TQ226.61;TQ426.94;TQ032.4 文献标识码:A 文章编号:1008-1143(2004)07-0001-06Advances in propane ammoxidation catalysts and processes formanufacture of acrylonitrileBAI Er -zheng(Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology ,Shanghai 201208,China )A bstract :Propane ammo xidation to acrylo nitrile is a potential and economically attractive route for acrynitrile production .Latest advances in the cataly sts ,reaction mechanism ,techno -economics and trend of development in this field were reviewed .Comparison investigation indicated that vanadium a -luminum o xynirtride catalysts show ed superio r acry lonitrile productivity to vanadium -molybdate and v anadium -antimonate mixed o xides catalysts in propane ammoxidation .Key words :propane ;ammoxidation ;acrylo nitrile ;catalyst ;vanadium aluminum oxy nirtride C L C num be r :TQ226.61;TQ426.94;TQ032.4 Docum ent code :A A rticle ID :1008-1143(2004)07-0001-06 丙烯腈是重要的有机化工原料,主要用作腈纶单体和ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)三元共聚体等原料。
丙烷在Ni_Mg_Mo_O催化剂上的氧化脱氢
丙烷在Ni 2Mg 2Mo 2O 催化剂上的氧化脱氢试 验研 究 张伟德,李基涛,傅锦坤,陈兆远,古萍英,万惠霖(厦门大学化学系固体表面物理化学国家重点实验室,厦门361005)摘要:探讨了Ni 2Mg 2Mo 2O 催化剂在丙烷氧化脱氢制丙烯中的催化作用。
考察了Mo 含量及n (Ni )/n (Mg )比对催化剂催化性能的影响。
结果表明,NiMoO 4和MgMoO 4是活性相,且存在双相协同作用。
催化剂中含少量的MoO 3可提高催化性能。
关键词:丙烷;氧化脱氢;钼基催化剂;双相协同作用中图分类号:O6231121 文献标识码:A 文章编号:100129219(2000)04201204收稿日期:2000201225;作者简介:张伟德,男,1964年生,副教授(博士)。
0 引言我国是丙烷资源较为丰富的国家,如大庆、中原、塔里木等油田气中富含丙烷约6%,凝析油中约含3%-6%(体积分数,下同)丙烷[1]。
丙烷在液化石油气中约占60%,在天然气湿气中可达15%。
在合适的催化剂作用下,丙烷可选择氧化为更有用的化工原料如丙烯、丙烯醛等[2-5]。
丙,无积碳,催化剂不需频繁再生。
另外,作为低碳烷烃临氧转化的一个组成部分,它涉及到催化剂活性相和活性氧物种的形成、转化和控制等一系列共同性的科学问题,所以丙烷氧化脱氢的研究又有重要的理论意义[6-8]。
但是,氧化脱氢也有自身的缺陷,即对于烃、氧混合物的反应在热力学上有利于完全氧化生成CO x 和H 2O ;丙烷较不活泼,比丙烯难氧化;丙烷氧化反应容易导致中间体和目的产物丙烯的进一步氧化[9]。
因此,研制兼具高活性和高选择性的丙烷氧化脱氢催化剂,具有重要的意义。
本文报道Ni 2Mg 2Mo 2O 催化剂在丙烷氧化脱氢制丙烯中的催化作用。
1 实验部分111 催化剂的制备按比例将(N H 4)6Mo 7O 24・4H 2O (AR )用蒸馏水溶解后,再加入Ni (NO 3)2・6H 2O (AR )和Mg (NO 3)2・6H 2O (AR ),加热,充分搅拌使之溶解,然后转入蒸发皿中,在120℃烘干。
炼油厂采用的主流石油加工工艺——催化加氢工艺详解
三、工艺操作条件 影响加氢过程主要工艺条件有反应温度、压力、空速及氢油比。
2、反应压力 提高氢分压有利于加氢过程反应的进行,加快反应速度。但压力提高 增加装置的设备投资费用和运行费用,同时对催化剂的机械强度要求 也提高。目前工业上装置的操作压力 一般在 7.0~20.0MPa 之间。
3、反应空速
空速的大小反映了反应器的处理能力和反应时间。空速越大,装置的 处理能力越大,但原料与催化剂的接触时间则越短,相应的反应时间 也就越短。因此,空速的大小最终影响原料的转化率和反应的深度。
催化加氢反应
一、加氢处理反应 1、加氢脱硫反应 石油馏分中的硫化物主要有硫醇、硫醚、二硫化合物及杂环硫化物, 在加氢条件下发生氢解反应,生成烃和 H2S。 RSH+H2→RH+H2S R—S—R+2H2→2RH+H2S (RS)2+3H2→2RH+2H2S
2、加氢脱氮反应 石油馏分中的氮化物主要是杂环氮化物和少量的脂肪胺或芳香胺。在 加氢条件下,反应生成烃,主要反应如下 R—CH2—NH2+H2→R—CH3+NH3
3、柴油馏分加氢 柴油加氢精制主要是焦化柴油与催化裂化柴油的加氢精制。
(二)渣油加氢处理
渣油加氢处理工艺原则流程图 渣油加氢处理工艺流程与有一般馏分油加氢处理流程有以下几点不 同: ①原料油首先经过微孔过滤器,以除去夹带的固体微粒,防止反应器 床层压降过快; ②加氢生成油经过热高压分离器与冷高压分离器,提高气液分离效 果,防止重油带出;
制备条件对非负载Ni-Mo复合氧化物催化剂加氢脱氧性能的影响
终影响合成产 物的性能【 。本文 以柠檬酸为络合剂,采 用溶胶 . 法制备非负载 Ni l 们 凝胶 . Mo复合氧化物催 化剂,考 察了制备过程溶液 的 p 值和溶剂量对所制备得催化剂的物理化学性质的影响 ,并 以乙酸为探 H
针分子 ,考察 了缓和反应条件下制备得催化剂 的加氢脱氧性 能。
wi cti a i a t e o lx g n , a d h p e ae c t l ss t h i c c d s h c mpe a e t n t e r p d aay t we e haa t rz d r r r c r ce ie by sn N2 u ig
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DUAN n ZHAN G h n g a , HOU i u Ya , S u — u ng Ka- h
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j o u r n a l h o m e p a g e : w w w . e l s e v i e r. c o m / l o c a t e / c h n j c
Article
Ni‐Mo nitride catalysts: Synthesis and application in the ammoxidation of propane
Xiaoqiang Fan a,†, Huimin Zhang b,†, Jianmei Li a, Zhen Zhao a,*, Chunming Xu a, Jian Liu a,#, Aijun Duan a, Guiyuan Jiang a, Yuechang Wei a
a b
State Key Laboratory of Heavy Oil Processing, China University of Petroleum, Beijing 102249, China Department of CTL and Chemicals, Shenhua Group Corporation Ltd, Beijing 100011, China
1. Introduction Transition metal nitrides have drawn considerable interest in recent years for a number of catalytic reactions owing to their special properties, which are similar to those of group VIII metals [1]. Among them, Mo‐based bimetallic nitrides have attracted the most extensive attention in catalytic reactions including ammonia synthesis [2], ammonia decomposition [3,4], hydrodesulfurization [5], and hydrodeoxygenation [6]. Recently, interest in metal nitrides has revealed their potential to act as reservoirs and transfer agents of active nitrogen spe‐ cies [7]. Hargreaves group [8] has found that the lattice N spe‐ cies of Co3Mo3N are exchangeable, and can transform into Co6Mo6N under H2/Ar. The lattice N can supply N species for reactions in the presence of H2. By analogy with the Mars‐van Krevelen mechanism for the involvement of lattice O in oxida‐ tion reactions from oxide catalysts, highly mobile and ex‐ changeable lattice N species in nitrides may also undergo the Mars‐van Krevelen mechanism for reactions that involve ni‐ trogen. Acrylonitrile (ACN) is widely used to make acrylic fibers, acrylonitrile‐butadiene‐styrene, acryl and polyacrylamides, and
† These authors contributed equally to this work. * Corresponding author. Tel: +86‐10‐89731586; Fax: +86‐10‐69724728; E‐mail: zhenzhao@ # Corresponding author. Tel: +86‐10‐89732326; Fax: +86‐10‐69724728; E‐mail: liujian@ This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (21073235, 21173270, 21177160), the National High Technology Research and Development Program of China (863 Program, 2013AA065302F), and China University of Petroleum Fund (LLYJ‐2011‐39 and KYJJ2012‐06‐31). DOI: 10.1016/S1872‐2067(14)60015‐2 | /science/journal/18722067 | Chin. J. Catal., Vol. 35, No. 3, March 2d to prepare the Ni‐Mo oxide precursors including sol‐gel, rotary evaporation‐microwave drying, co‐precipitation, impregnation, and mechanical mixing. Ni‐Mo ni‐ tride catalysts have been synthesized by temperature‐programmed nitration of the oxide precur‐ sors in a flow of H2 and N2. The structure and physico‐chemical properties of the Ni‐Mo oxide pre‐ cursors and their corresponding nitride catalysts were determined by X‐ray diffraction, total nitro‐ gen content analysis, X‐ray photoelectron spectroscopy and H2 temperature‐programmed reduc‐ tion, and their catalytic performance for propane ammoxidation was also tested. The catalytic activ‐ ity and selectivity towards the formation of acrylonitrile over the Ni‐Mo nitride catalysts are strongly dependent on the preparation methods for the oxide precursors. The N species in the Ni‐Mo nitrides and their mobility and reactivity affect the selectivity for acrylonitrile. The Ni‐Mo nitride prepared by co‐precipitation, with the largest amount and more reactive N species, exhibited the highest catalytic activity and selectivity for acrylonitrile. © 2014, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.
Xiaoqiang Fan et al. / Chinese Journal of Catalysis 35 (2014) 286–293
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elastomers. Currently, the development of highly active and selective catalysts for ammoxidation is important [9,10] and the one‐step ammoxidation of propane to ACN has drawn con‐ siderable interest in the field of heterogeneous catalysis. Vari‐ ous catalyst systems for propane ammoxidation have been studied, including vanadium phosphorous oxide catalysts [11], antimonite catalysts [12], molybdenum oxide catalysts [13,14], and others [15]. Ueda group [16] has pioneered microporous Mo‐V‐O based catalysts using heteropoly compounds, which have specific catalytic multi‐functions for the selective oxida‐ tion and ammoxidation of propane. However, there are very few reports on the ammoxidation of propane over nitride cata‐ lysts