化工综合实验讲义(10.10)

化学工程专业

实 验 讲 义

（试用版）

实验二 气固相催化宏观反应速率的测定

一、实验目的

气固相催化反应是在催化剂颗粒表面进行的非均相反应。如果消除了传递过程的影响，可测得本征反应速率，从而在分子尺度上考察化学反应的基本规律。如果存在传热、传质过程的阻力，则为宏观反应速率。测定工业催化剂颗粒的宏观反应速率，可与本征反应速率对比得到效率因子实验值，也可能直接用于工业反应器的操作优化和模拟研究，因而对工业反应器的操作与设计具有更大的实用价值。本实验目的有两项。

（1）了解宏观反应速率的测试方法。

（2）了解和掌握气固相催化反应实验研究方法。 二、实验原理

采用工业粒度的催化剂测试宏观反应速率时，反应物系经历外扩散、内扩散与表面反应三个主要步骤。对工业粒度的催化剂而言，外扩散阻力与工业反应器操作条件有很大的关系，线速度是调整外扩散传递阻力的有效手段。设计工业反应装置和实验室反应器时，一般选用足够高线速度，使反应过程排除颗粒外部传质阻力。本实验测定反应速率，实质上是在排除外部传质阻力后，包含内部传质阻力的宏观反应速率，，能表征工业催化剂的颗粒特性，便于应用于反应器设计与操作。催化剂颗粒通常制成多孔结构以增大其表面积，因此颗粒的内表面积远远大于外表面积，反应物必须通过孔内扩散并在不同深度的内表面上发生化学反应，而反应产物则反向扩散至气相主体，扩散过程将形成内表面各处的浓度分布。颗粒的粒度是内部传递阻力的重要因素，将工业粒度催化剂的宏观反应速率与本征速率相比较，则可以判别内扩散对反应的影响程度。

气固反应过程的实验室反应器可分为积分反应器，微分反应器以及无梯度反应器。其中，尤以内循环无梯度反应器最为常见，这种反应器结构紧凑，容易达到足够的循环量和维持等温条件，因而得到了较快的发展。

实验室反应器，是一种催化剂固定不动的固定床反应器，如反应器进口引入流量为V0的原料气，浓度为CA0，出口流量为V浓度为CAf的反应气。当反应为等摩尔反应时V0=V；当反应为变摩尔反应时，V可由具体反应式的物料衡算式推导，也可通过实验测量。设反应器进口处原料气与循环气刚混合时，浓度为CAi，循环气流量为Vc，则有：

V0?cAO?cAf?cAf?(V0?Vc)cAi ⑴ 令循环比Rc=Vc/V0，得到

cAi?R1cAO?ccAf ⑵ 1?Rc1?Rc当Rc很大时，CAi≈CAf，此时反应器内浓度处处相等，达到了浓度无梯度。经实验验证，当Rc>25后，反应器性能便相当于一个理想混合反应器，它的反应速率可以简单求得：

rA?V0(cAO?cAf)VR

以单位质量催化剂计算的反应速率

rAW?V0(cAO?cAf)W

因而只要测得原料气流量与反应气体进口浓度，便可得到某一条件下的宏观反应速率值。进一步按一定的设计方法规划实验条件，改变温度和浓度进行实验，再通过计算机进行参数估计和曲线拟合，便可获得宏观动力学方程。 三、实验流程

配制好的高压原料气从钢瓶内引出，经过减压稳定阀3控制压力稳定在实验条件，流经净化器4，进入反应器5，当实验对压力要求较高时，反应器前后采用精密压力计测量系统压力。反应后气体经减压稳定阀减至常压后，引入皂膜流量计计量，或引入分析仪器分析气体组成。 四、实验步骤及方法

（1）将称量好的工业颗粒催化剂装入催化剂筐内后，将反应器封好。若反应所用催化剂需经还原才有活性则装入预还原催化剂，或装入未还原催化剂后增加还原步骤。

（2）全系统分段试压试漏（可用氮气）。 （3）开启原料气钢瓶，稳压稳流送入反应系统。 （4）开启反应器温控仪，逐渐升温至实验温度。 （5）使系统稳定2h以上后，测取数据。 （6）改变温度，压力和组成，测取其他点数据。

（7）实验完毕，先使系统降温，再切断气源，然后将系统缓缓泄压。 五、实验数据处理

实验数据记录项目见下表。

实验压力 序号 1 2 温度 大气压 /Pa /℃ /Pa /℃ V/m /s 3气体流量 反应温度 时间气体组成y 进口 出口

六、结果及讨论

（1）根据实验数据，计算出没条件下的宏观反应速率值；

（2）与本反应系统的本征反应速率进行比较，得到效率因子实验值； （3）对实验结果与实验方法进行分析讨论。 七、预习与思考

（1）无梯度反应器属微分反应器还是积分反应器，为什么？此反应器有何优点？ （2）考虑内扩散影响的宏观反应速率是否一定比本征反应速率低？ （3）涡轮搅拌器的作用是什么应该如何确定叶轮的转速？ （4）为何要控制实验稳定一段时间后方能测数据？ 八、主要符号说明

cAO原料气摩尔浓度，mol/m； VR催化剂装填量，m； cAf反应器出口浓度，mol/m； W催化剂质量，kg；

cAi反应器进口处混合浓度，mol/m； rA以单位催化剂体积计算的反应速率mol/(m·h)； Rc循环比； Vo,Vc原料气，循环气流量，m/h；

V出口气体流量，m/h； rAW以单位催化剂质量计算的反应速率，mol/(kg· h)。

3

3

3

3

33

3

实验三 连续流动液相体系单釜与多釜串联停留时间分布测定

一、实验目的

（1）掌握脉冲示踪法测定连续流动液相体系单釜与串联釜停留时间分布的实验原理及方法。 （2）掌握停留时间分布实验曲线的处理方法，并求出停留时间分布密度函数E（t），分布函数F（t）及其特征值平均停留时间t和无因次方差：?t2,??2。

（3）进一步明确返混的概念以及返混的量化。 二、实验原理

示踪剂采用KCl水溶液，在反应器入口处瞬间注入一定量的示踪剂，在反应器出口通过电导率测定仪测定离子浓度。因此，记录仪记录纸上峰高的变化即反映了示踪剂中K、Cl浓度的变化。

实验可得到如图1，图2的记录曲线。

由图1和图2所示的脉冲示踪曲线，即可以求出流动条件下单釜与串联釜停留时间分布密度函数E（t），分布函数F（t），平均停留时间t，方差?t2以及无因次方差??2。 三、实验装置及流程

SIC103SIC102SIC101+-

t t h

图1 单釜记录曲线 图2 双釜记录曲线

h

示踪剂入口CR103CR102CR101TRC103TRC102TRC101321物料1 CR-电导测量记录3-反应釜 物料2 三釜串连实验装置及流程图SIC-转速调节控制1-调节阀TRC-温度调节控制2-转子流量计

四、实验步骤

（1）配制一定浓度的KCl水溶液（思考题：浓度配多少较好？）； （2）接通自来水，调至一定流量并稳定片刻，开动电动搅拌； （3）用注射器抽取一定量的示踪剂（思考题：抽取多少为好？）； （4）开动电导仪，记录仪；

（5）将注射器插入反应器进样口，瞬间快速注入示踪剂； （6）待记录仪指针回到基线，停止走纸，改变水流速度继续实验。 （7）改变釜数，重新进行实验。 五、数据记录

反应釜上、下体积，水流量，搅拌转速，示踪剂量，走纸速度。 六、数据处理

（1）在图1、图2所示记录曲线上等时间间隔（t）取n个点（15~20个左右），得到几组数据ti-hi（I=1，??n）

水流速度 实验次序 （转子流量计刻度） 1 2 3

（2）计算公式

搅拌速率 示踪剂量ml 峰区时间s ?平均停留时间t： t????0?0tE(t)dtE(t)dt???thi?1nnii

i?hi?1方差?t2： ?2t??0(t?t)E(t)dt?2??0E(t)dt

???0?tE(t)dtE(t)dt?t2??t2ihii?t

20?h?t2无因次方差?? ???2

?c22单釜停留时间 ?c?VR V01

多釜串联模型参数 N?七、思考题

??2（1）流体通过反应器的停留时间分布由哪些因素确定？

（2）本次实验中示踪剂浓度的配制及量抽取量对停留时间分布曲线测定有何影响？ （3）预计你的单釜及多釜实验的无因次方差??2约为多少？ （4）空时间和平均停留时间有何关系？

（5）本次实验中若是关掉电动搅拌，而其他条件不变，则所测得的停留时间分布曲线又将怎样，为什么？

（6）由多釜串联模型参数N，说明计算值N与具体釜数n的差别原因是什么？如何改进？ 八、主要符号说明

t-时间s E(t)-停留时间密度函数è

t-平均停留时间 Hi-高峰mm

?t2-方差 VR-单釜反应器体积

32-无因次方差 V0-体积流量m/h ?èN-多釜串联模型参数 n实际釜数 τc-单釜停留时间S

实验四 气相色谱法测定无限稀释活度系数

一、实验目的

（1）掌握用气相色谱法测定无限稀释活度系数的原理和方法。

无限稀释活度系数是推算二元及多元体系汽液平衡数据的重要参数。它通常是用汽液平衡器测出其平均组成，然后用计算作图法外推得出。这种方法比较繁琐，而且外推的任意性比较大，不易准确。本实验采用气相色谱法测定无限稀释活度系数，此方法简单方便、快速，使用样品量少，纯度要求不高。

（2）了解实验的气路流程和色谱仪的操作方法。

（3）掌握皂膜流量计测气体流速的方法以及体积流量的校正。 二、实验原理

限稀释活度系数与调整保留值的关系。在气相色谱分离过程中，固定液起到溶剂的作用。当样品组分（溶质）进入色谱柱后，因载气（流动相）流动，样品组分在固定相和载气中反复多次分配，达到完全分离。载气流携带不同组分先后进入检测器，产生一定的信号，经色谱工作站处理得到如图1所示的“色谱图”。

信 号

样空 气 进 样 时间 载气体积

峰 品峰 t0 ta ts

0 Va Vs

色谱图

t0-进样时间； ta-出峰空气峰时间； ts-出峰样品峰时间； ta-t0-死时间； ts-t0-表观保留时间； ts-ta –调整保留时间； Va-死体积； Vs –表观保留体积。

在实验仪器和条件确定之后，ta-t0可视为确定值，与试样组分几乎无关，保留值的大小，反映了样品在气液两相间的分配过程，它与平衡时物质在两相的分配系数，各物质（包括组分、固定相、流动相）的分子结构和性质有关。但是只有调整保留值才是完全与空气无关，只与组分有关的物理量。

从开始进样到样品峰顶，正好有一半溶质成为蒸汽通过色谱柱，另一半还留在柱中，保留柱部分分布于固定液和柱内空隙（即死体积）之内。这三部分溶质的关系如下：

VsCig?VaCig?VLCiL

式中：Vs——柱子工作条件下的保留体积； Ci——气相中溶质浓度； Ci——液相中溶质浓度。 因溶质在气液两相中的分配系数

Lg

⑴

CiLk?g

Ci所以有 k?Vs?Va ⑵ VLniLXinL又因为 C?

VLVLLinigYing C? ， 且气相可看作理想气体，

VaVagiCiLXinLVa所以有 k?g??g?

CiYinVL

Yi1nLVa1nLRTc整理得： ⑶ ??????XikVLngkVLP

在该柱温Tc总压P条件下，因气相可看作理想气体，溶质在两相中的平衡必定满足于下面关系式：

0PYi?Pi?Xi?i ⑷

将⑵、⑶带入⑷式，整理得?i?(Vs?Va)的关系式如下： ?i?RTc1?0

(Vs?Va)PiLn因溶质在液相中浓度为无限稀释，即nig→0 所以 ?i????i?

n=W/M 式中 W——固定液重量 M——固定液分子量 因此 ?i??L

RTcW1??0

(Vs?Va)MPi至此建立了调整保留体积(Vs-Va)与无限稀释活度系数?i?的关系。

为了使各实验测得之值能有可比性，还须将（Vs-Va）值换算成相对于单位重量固定液（溶剂相）而言，温度由柱温Tc校正到0℃时的体积流速，称其为净化保留体积Vg，即

Vg?273.15(Vs?Va) ⑸ ?TcW再考虑R=62400mmHg·ml/mol·K，整理得：

R?273.151.704?107 ?? ⑹ ??00Vg?M?PVg?M?Pii?i三、实验装置、流程与试剂

上海分析仪器厂GC102M型气相色谱仪，秒表, 皂膜流量计一个, 5ul微量进样器2个,温度计2只(精度1/10℃)。

硅烷化201红色担体（60-80目），作担体。

邻苯二甲二壬酯（色谱纯）作固定液，是二元体系中的溶剂相。 苯（分析纯），是二元体系中的溶质相。 环已烷（分析纯），是二元体系中的溶质相。 四、实验方法与步骤

（1）色谱柱的制备及固定液重量的测定：

分别准确称取硅烷化201红色担体和邻苯二甲酸二壬酯固定液的量：（固定液与担体重量比为25：100）。固定液中加入适量易挥发溶剂乙醚溶解后，再加入担体，慢慢搅动使浸渍均匀。然后烘干，使乙醚挥发干净。准确称量涂好固定液之担体重量，计算固定液与担体重量的比。

按常规方法填充色谱柱，同时准确称量加入柱内的固定相量，计算固定液量W。将制备好的色谱柱装入恒温箱内，按常规方法在80℃下通载气进行固定相老化。

（2）仪器安装、准备

按图2装置实验气路，作好气密性实验，按仪器要求接好电器线路。 （3）气路调节

先打开氢气钢瓶，接通气路使色谱仪前压力为2Kg/cm。打开色谱仪、载气稳压阀，使柱前压

2

实验者可参照上述方法制备负载量为4 ~ 10 %的Ni/SiO2催化剂及其他载体（如Al2O3，La2O3等）负载的Ni基催化剂。 4.注意事项

(1)控制Ni(NO3)2溶液量为～1.6 mL/g SiO2。

(2)因样品灼烧过程中有NOX气体产生，故马福炉应放在通风橱中。 （2）TPR实验步骤

1.打开气相色谱仪载气（5 % H2/Ar），将流速调至25 mL/min。开启色谱仪电源开关，设置柱温：60°C，汽化室温度：100°C，热导池温度：60°C，桥流：65 mA。

2.称取100 mg 10 % Ni/SiO2样品，置于内径为5 ~ 6mm的固定床石英微型反应器中。控温、测温热电偶（镍铬 - 镍铝）均固定于反应管外侧，其测温端紧贴催化剂床层中部。转动六通阀(A)，使5 % O2/Ar气流（~ 40 mL/min）按：六通阀(A)→反应管→六通阀(A)→放空的顺序流动，并让样品在5 % O2/Ar气流中以20°C/min的速率从室温升至500°C，在500°C下恒温氧化60 min，再自然降温至50°C。

3.样品温度降至50°C后，启动色谱工作站（CDMC - 3.0）或X – Y记录仪。将U形石英管（冷阱）放入乙醇/干冰浴中。切换六通阀(A)和六通阀(B)，让5 % H2/Ar载气按：参考臂→六通阀(A)→石英反应管→六通阀(A)→六通阀(B)→U形石英管（冷阱）→六通阀(B)→测量臂→六通阀(B)→放空的顺序流动，吹扫样品直至基线平稳。

4.基线平稳后，样品在5 % H2/Ar气流中以15°C/min的速率从50°C升温至600℃，还原所生成的水由冷阱除去。样品温度随时间的变化和载气中H2浓度随时间的变化分别由测温热电偶和气相色谱仪热导检测器连续检测，热电偶和热导检测器输出的电信号（mV）由色谱工作站或X - Y记录仪采集、记录。采样结束后，记录室温（°C）。

5.采样结束后，转动六通阀(B)，让5 % H2/Ar载气按：参考臂→六通阀(A)→六通阀(B)→测量臂→六通阀(B)→U形石英管（冷阱）→六通阀(B)→放空的顺序流动，以此将U形石英管中少量水吹扫干。 6.注意事项

(1)在启动色谱仪前应先通载气，关闭载气前需将热导检测器桥流设置为零。由于本实验以5 % H2/Ar为载气，热导检测器温度和桥流均不宜太高。

(2)注意实验装置的检漏。本系统采用单气路，在装卸样品管时，六通阀(A)必须转到通5 % O2/Ar

状态，让5 % H2/Ar载气按：参考臂→六通阀(A)→六通阀(B)→测量臂的顺序流动，以防热导池测量臂因没有载气流过而损坏。

(3)冷阱切勿使用液氮为冷却剂，以免发生玻璃管爆炸事故。

(4)停止采样后，应将六通阀(A)和六通阀(B)转至样品氧化处理时（TPR实验步骤2）的位置，并将U形石英管（冷阱）从乙醇/干冰浴中取出，以便让载气将冷阱中的水份带出。 五、 数据记录与处理

（1）计算Ni/SiO2上Ni的负载量:

WB=Ni(g)Ni(g)+SiO2(g)×100%

（2）利用镍铬-镍铝热电偶热电势~温度换算公式 t=tr+3.813+24.038×E（t和tr分别为样品温度和室温（°C），E为测温热电偶的热电势（mV）），将样品升温过程中测温热电偶的热电势变化值换算为相应的温度变化值（°C）。以H2浓度变化的信号值（mV）为纵坐标，样品温度变化值（°C）为横坐标作图，从图上找出每一个TPR峰最大值所对应的还原温度（即峰温TM）。本实验可采用上海计算技术研究所生产的双通道CDMC-3.0型色谱工作站同时记录H2浓度随温度变化的电信号，通过Microsoft Excel 软件，用X-Y散点图进行数据处理，或者用Microcal Origin谱图处理软件进行图形处理。实验者可根据自己的仪器装置选择类似的处理方法。

（3）H2/Ar的流速、升温速率和催化剂用量等因素可能会影响TPR谱图的峰形和还原峰温TM的高低。 （4）载体的性质（如SiO2和AI2O3等）、负载量和催化剂制备过程中干燥、分解及灼烧条件等均会影响催化剂的还原性能，实验者可自行改变某些因素并考察其影响。

（5）本实验的TPR装置稍加改动就可进行程序升温氧化（TPO）和O2-程序升温脱附（O2-TPD）等实验，实验者可根据实际条件选做。

实验十 流化床反应器特性测定

一、实验目的：

流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动，固体颗粒剧烈地上下翻动。这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和，避免了固定床反应器中的“热点”现象，床层温度分布均匀。然而，床层流化状态与气泡现象对反应影响很大，尽管有气泡模型与两相模型的建立，但设计中仍以经验方法为主。本实验旨在观察和分析流化床的操作状态，目的如下： (1) 观察流化床反应器中的流态化过程；

(2) 掌握流化床压降的测定并绘制压降与气速的关系图； (3) 计算临界流化速度及最大流化速度，并与实验结果作比较。 二、实验原理： (1) 流态化现象

气体通过颗粒床层的压降与气速的关系如图所示。

当流体流速很小时，固体颗粒在床层中固定不动。在双对数坐标纸上床层压降与流速成正比，如图AB段所示。此时为固定床阶段。当气速略大于B点之后，因为颗粒变为疏松状态排列而使压降略有下降。该点以后，流体速度继续增加，床层压降保持不变，床层高度逐渐增加，固体颗粒悬浮在流体中，并随气体运动而上下翻滚，此为流化床阶段，称为流态化现象。开始流化的最小气速称为临界流化速度 umf 。

当流体速率更高时，如超过图中的 E 点时。整个床层将被流体所带走，颗粒在流体中形成悬浮状态的稀相，并与流体一起从床层吹出，床层处于气流输送阶段。E 点之后正常的流化状态被破坏，压降迅速降低，与 E 点相应的流速称为最大流化速度 ut。 (2) 临界流化速度 umf

临界流化速度可以通过 ΔP 与 u 关系进行测定，也可以用公式计算。常用的经验计算式有：

umf=0695.dp1.820.94_(ρsρg)0.06gμ0.88ρ

通过经验式计算常有一定偏差，在条件满足的情况下，常常通过实验直接测定颗粒的临界流化速度。

(3) 最大流化速度 ut

最大流化速度 ut 亦称颗粒带出速度，理论上应等于颗粒的沉降速度。按不同情况可用下式计算：

ut=dp2(ρs_ρg)g18μ_ρ)2gg4(ρs225ρgμ,Re<0.4put=[]1/3dp,0.4500

其中， Rep=三、实验装置与流程

流化床特性测试实验示意流程见图

Ｐ４．．．．．．．．．．．．．．．．．３５６１２３流化床 特性测 试流程 图1-空压机；2-缓 冲 罐 ；3-调节阀 ；4-流量计5-流化床 反 应 器 ；6-压差 计

实验用的固体物料是不同粒度的石英砂，气体用空气。由空气压缩机来的空气经稳压阀稳压后，由转子流量计调节计量，随后可通入装有石英砂固体颗粒的流化床反应器。气体经分布板吹入床层，

从反应器上部引出后放空 。床层压力降可通过 U 型压差计测得。 四、实验步骤与方法

（1）启动空压机后，调节流量计至所需流量，测定空管时压力降与流速关系，以作比较 。 （2）关闭气源，小心打开反应器，装入己筛分的一定粒度石英砂，检漏。

（3）通入气体，在不同气速下观察有机玻璃反应器中流化现象，测定不同气速下床层高度与压降值。 （4）改变石英砂粒度，重复实验。

（5）在某一实验点，去掉气体分布板，观察流化状态有何变化。 （6） 实验结束，关闭空压机。 五、实验数据处理

（1） 记录不同条件下的压降 Δp 与气体流量的变化值，在双对数坐标纸上进行标绘； （2） 确定相应的临界流化速度与最大流化速度；

（3） 按实验条件计算临界流化速度与最大流化速度；注意：最大流化速度 ut不能直接算出，需假定 Rep范围后试算，再校核 Rep是否适用。 六、结果及讨论

（1）分析讨论流态化过程所观察的现象，与理论分析作比较；

（2）分析影响临界流化速度与最大流化速度的因素有哪些，归纳实验得到的结论； （3）比较理论计算值与实验值，并作误差分析； （4） 列举各种不正常流化现象及产生的原因。 七、主要符号说明

dp - 颗粒当量直经， m；

Rep - 雷诺数；

umf - 临界流化速度， m/s； ut - 最大流化速度，m/s；

ρg - 流体密度，kg/m； ρs - 颗粒密度，kg/m； μ - 流体粘度，kg/m.s

33

第四部分 设计型实验

实验一 二氧化碳重整甲烷催化剂制备与评价

随着现代工业的迅速发展，人类向大气中排放的 CO2 正以每年4%的速度递增。CO2在大气层中的大量累计造成全球性的温室效应，使地球平均温度升高，气候恶化，给人类的生产和生活造成了严重的影响。但限制 CO2 的排放在很大程度上影响现代工业和世界经济发展，因此合理有效地利用CO2 已成为一个越来越迫切的问题。甲烷与二氧化碳重整制合成气既是 C1 化学研究的重要组成部分，也是甲烷转化和二氧化碳利用的有效途径，如能开发成功，不仅对于缓解能源危机、改变某些化工产品的生产过程和原料路线具有重大的现实意义，而且对于减少温室气体的排放，减轻“温室效应”对全球生态环境的破坏具有深远的意义。 一、实验目的

1.了解二氧化碳重整甲烷的意义

2.掌握固体催化剂的制备和催化性能表征方法 3.掌握多相催化反应工艺及催化剂活性评价 二、实验原理

甲烷与二氧化碳都是惰性小分子气体，它们的活化是重整反应发生的先决条件，也是探索重整反应机理的关键。甲烷与二氧化碳的活化及重整反应机理研究，是甲烷转化利用理论研究的基础，对甲烷转化利用具有重要的指导意义。近些年来，有关这方面的研究报道也很多，但由于采用的催化剂体系、反应条件以及测试手段上的差异，有关甲烷和二氧化碳活化过程和速控步骤等各家说法不尽相同。

Rostrup-Niels等在研究氧化镁载体负载Ni、Ru、Rh、Pd、Ir和Pt的基础上提出了： CO2 + * = O* + CO

CH4 + * = CH3 * → CH2 * → CH* → C*

CHx* + O* = CO+x/2 H2 +2*

Erdohelyi和 Mark等提出，至少在贵金属催化剂上，二氧化碳能直接和甲烷解离吸附的 C*发生反应，过程为:

CH4 + * = C* + 2H2 C* + CO2 = 2CO + *

Kroll等进一步研究提出如下重整机理:

CH4 + S1 → C吸附 + 2H2 CO2 + C吸附 → 2CO + S1

CO2 +S2 → CO + O吸附 C吸附 + O吸附 → CO +S1 +S2

设计二氧化碳重整甲烷制合成气的催化剂，从反应机理来看催化剂应具有以下性质：催化剂应有优异的解离活化甲烷的能力，并能使甲烷的碳氢键能发生断裂；催化剂应对二氧化碳具有良好的吸附能力，并且能将二氧化碳解离；防止积碳和具有良好的脱附一氧化碳和氢气的能力，同时催化剂还要价格便宜。从反应条件分析，本体系是在高温、常压和较高的的空速操作条件下反应，催化剂在高温时活性组分的烧结与催化剂的表面的积碳是催化剂失活的原因之一，因此，在选择助催化剂是应着重考虑对主催化剂的分散度和抗积碳性能有促进作用的元素，而载体则要求有很好的导热性，机械强度、适宜的孔径与分布及适宜比表面。甲烷部分氧化和二氧化碳甲烷重整反应的研究工作表明，甲烷的活化是在金属态或拟金属态的镍或贵金属活性中心进行，金属氧化物能催化脱氢，活性组分的选择应具有d1-d4和d6结构的过渡金属氧化物。 三、实验流程图

图2-4：催化剂活性评价图

1、气体钢瓶 2、减压阀 3、稳压阀 4、稳流阀 5、转子流量计 6、六通阀 7、四通阀 8、三通阀 9、热导池 10、皂沫流量计 11、色谱柱 12、干燥管13、冷阱 14、反应管 15、反应炉 16、进样器

四、催化剂的制备

将1.0mol/l的Ni(NO3)2溶液浸渍负载型纳米ZrO2或Al2O3载体，搅拌4h，于120℃烘箱干燥，650℃焙烧4h。 五、实验步骤

1.催化剂活性评价在固定床流动反应装置上进行，将0.200 g催化剂（40-60目）置于U型反应器中。

2.在700℃于H2中还原1 h。

3.还原后，切换混合反应气，反应条件为:混合反应气CO2/CH4＝1、空速22900 ml/(h·g cat)。 4.反应温度650-850℃、常压.气相色谱在线分析，TDX-01柱，TCD检测.催化剂活性以CO2和CH4

的转化率表示。 六 数据记录与处理 1.数据记录

温度℃ CO2转化率% CH4转化率% 2.数据处理

绘制温度与转化率关系曲线，得出实验结论

600 650 700 750 800

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jrq5.html