摘要：甲烷部分氧化制合成气具有能耗低、甲烷转化率和合成气选择性高等特点。反应过程中催化剂的活性及稳定性是决定反应的关键因素。传统颗粒催化剂易失活、机械强度低,难以满足反应要求,因此规整结构载体的整体式催化剂成为目前的研究重点。通过对比整体式催化剂与传统颗粒催化剂的性能,论述了整体式催化剂的结构、组成和催化活性等。介绍了不同活性组分的整体式催化剂的特点及应用,为整体式催化剂在甲烷部分氧化制合成气的工业化应用提供理论基础和发展方向。

摘要：在甲烷部分氧化制合成气反应研究中,向传统固定床反应器(CFR)中添加特殊设计的不锈钢氧气气体分布器,构成了带氧气气体分布器的固定床反应器(GDR).在GDR中,一路～80%的O2通过氧气气体分布器径向均匀分布直接进入催化剂床层,另一路～20%的O2则与CH4、H2O混合从反应器侧面入口进入体系参加反应,这样有效地降低催化剂入口段发生放热反应所带来的床层热点,使床层温度分布更加均匀,同时也增加了体系操作的安全性.

摘要：光热驱动的甲烷重整制氢技术,是将太阳能转化为燃料的主要技术路径之一。引入聚光集热技术,可实现太阳能的全光谱利用,有效提高太阳能到燃料化学能的转化效率,同时显著降低系统能耗及碳排放。将多孔碳化硅吸热体和La_(1-x)Sr_(x)Co_(1-y)Fe_(y)O_(3-δ)钙钛矿透氧膜结合,提出一种光热驱动的膜反应制氢的设计思路,实现了连续、高效的制氢过程。完成了该反应过程的概念设计,建立考虑辐射-传热-膜分离-反应的数值模型并进行仿真模拟;重点评估了膜表面的温度均匀性,并分析温度对膜内反应及出口产物的影响规律。结果表明,该模型可以有效精准描述概念设计过程。研究成果可为光热驱动的高温膜反应器设计和放大提供理论依据以及初步设计方法。

摘要：直接催化甲烷(CH4)氧化转化制备甲醇(DMTM)是具有较高绿色化学原子经济性的反应过程,且可在常温下进行,是潜在的实现CH4转化升级的重要过程.作为“圣杯反应”,DMTM性能通常显著受氧化剂影响,使用氧气(O_(2))作为氧化剂一步实现DMTM仍然极具挑战性.至今,双氧水(H_(2)O_(2))仍是被报道最多的具有较高CH4转化速率和甲醇(CH3OH)选择性的绿色氧化剂.为了深入理解氧化剂如何影响DMTM反应性能,本文基于密度泛函理论计算和微观动力学分析研究了在Cu-ZSM-5,Cu-MOR和Cu-SSZ-13三种具有不同微孔尺寸的单核铜分子筛上DMTM反应机理,以确定H_(2)O_(2)作为氧化剂在DMTM反应中的优势和局限性.通过理论计算对比在反应条件下O_(2)和H_(2)O_(2)的O–O键活化以及CH4的C–H键活化过程,发现在单核Cu分子筛中,H_(2)O_(2)的O–O键通过水介导机制极易被活化,并形成活性Z[Cu(OH)_(2)]^(+)中心,该活性中心所含的表面羟基自由基能够在低温下活化CH4的C–H键,进而高效的形成CH3OH.随着分子筛微孔孔径增大,其更有利于表面羟基自由基的形成并促进C–H键的活化.相反,在低温下O_(2)的O–O键难以被具有不同微孔孔径的单核Cu分子筛催化断键,难以生成表面活性氧物种,进而抑制了CH4的C–H键活化.与O_(2)相比,H_(2)O_(2)能显著提升甲烷的活化转化.虽然H_(2)O_(2)能使得CH4被快速转化为CH3OH,但计算结果表明由于活性中心Z[Cu(OH)_(2)]^(+)上C–H键优先通过自由基机理活化,CH3OH较弱的C–H键更易断键,从而难以协调CH3OH选择性和CH4转化之间的竞争.同时,较弱的O–H键使得Z[Cu(OH)2]^(+)将优先催化H_(2)O_(2)自分解.尽管长期而言,使用H_(2)O_(2)作为氧化剂存在上述瓶颈,但动力学分析表明,相比于现有报道工作,以H_(2)O_(2)作为氧化剂时,通过改进催化剂和优化反应条件,仍能显著提升甲烷转化率和甲醇选择性.综上,本文研究了甲烷直接制甲醇过程中氧化剂对于反应性能的影响机制,为进一步设计改进甲烷转化催化剂、优化反应条件和探索新的转化途径提供借鉴.

摘要：与L -H模型相比较微观动力学在反应器的设计模拟工作中有更广的适用范围。在较宽的浓度范围和温度范围内都能得到比较良好的模拟效果。因此在反应器设计放大中用微观动力学模型来表征相对于L -H模型更有优势 ,可以缩短反应器设计周期 ,减少放大级数 ,加大放大倍数。以部分氧化制合成气为体系讨论了微观动力学的表征手段 ,并给出了反应器结合的计算方法等 ,探讨了它的可行性 ,该研究为反应器的开发铺设了一条可行、高效的新路。

摘要：采用双催化剂床层进行甲烷催化转化,同时制备乙烯和合成气。所得产物体积比适用于乙烯氢甲酰化制丙醛工艺。为避免氧气在第一个床层的过渡消耗,采用中等活性的Co/γ-Al_2O_3进行第一个床层上的甲烷部分氧化(POM)反应,第二床层则采用Na_2WO_4/Mn/SiO_2催化剂进行氧化偶联(OCM)反应。可以通过控制2种催化剂的用量来改变产品分布。当进料比V(CH_4)∶V(O_2)=3、进料速度为150 cm3/min、催化剂相对用量(Co/γ-Al2O3+Na2WO4/Mn/SiO_2)为(0.01+0.16)g时,可以得到产物设计比例V(CO)∶V(H_2)∶V(C2H4)=1.1∶1∶1.2,且CO和C_2H_4总收率约为18.5%。