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Rh/SiO2 催化剂上甲烷部分氧化制合成气的反应机理
温在恭, 李虎, 翁维正, 夏文生, 黄传敬, 万惠霖
2012, 33 (7):
1183-1190.
DOI: 10.3724/SP.J.1088.2012.20208
采用原位 Raman 光谱技术, 在原料气中的 O2 未完全耗尽的条件下, 对 CH4 部分氧化制合成气反应的 Rh/SiO2 催化剂床层前部贵金属物种的化学态以及由 CH4 解离所生成的碳物种进行了表征. 在此基础上采用脉冲反应和同位素示踪技术, 比较了 CH4 的部分氧化及其与 H2O 和 CO2 的重整等反应对催化剂床层氧化区内 CO 和 H2 生成的相对贡献, 并将实验结果与 Raman 光谱表征结果进行了关联. 结果表明, 在 600 °C 下将还原后的 4% Rh/SiO2 催化剂切入 CH4:O2:Ar = 2:1:45 原料气, 催化剂床层前部未检测到铑氧化物的 Raman 谱峰, 但可清晰检测到源于 CH4 解离的碳物种; 在 700 °C 和接触时间小于 1 ms 的条件下, 催化剂床层的氧化区内已有大量 CO 和 H2 生成, 在相同的实验条件下, CH4 与 H2O 或 CO2 重整反应对氧化区内合成气生成的贡献则很小; 以 CH4:16O2:H218O:He = 2:1:2:95 为原料气的同位素示踪实验结果表明, 在原料气中 16O2 未完全耗尽的情况下, 反应产物中 C16O 的含量占 CO 生成总量的 92.3%, 表明 CO 主要来自 CH4 的部分氧化反应. 上述结果均表明, 在 O2 存在下 Rh/SiO2 催化剂上 CO 和 H2 可以通过 CH4 直接解离和部分氧化机理生成.
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