甲烷催化燃烧发展历程
甲烷催化燃烧催化剂催化理论与应用研究进展
do i:10.3969/j .iss n.1002-154X .2009.08.016甲烷催化燃烧催化剂催化理论与应用研究进展陆富生(淮安市产品质量监督检验所,江苏淮安223001)摘 要 概述了甲烷催化燃烧催化剂的研究现状,从组成甲烷燃烧催化剂的3个部分(基体、活性组分、氧化物载体)分别加以论述。
通过掺杂一些金属和金属氧化物,不但可以提高高活性贵金属催化剂的热分解温度,还可以提高高温催化剂(如钙钛矿和六铝酸盐材料等)的催化活性。
最后简要综述了甲烷催化燃烧反应机理。
关键词 催化燃烧 甲烷 贵金属催化剂 金属氧化物催化剂收稿日期:2009-07-15作者简介:陆富生(1981～),男,硕士生,从事催化材料方面的研究,E -mail:fnlfs@Research Progess of the Cat for M ethane Cat alyti c Co mbusti oni n the Theory and Appli cati onLu Fusheng(Huaian I nstitute of Supervisi on and I ns pecti on on Pr oduct Quality,J iangsu Huaian 223001)Abstract The recent research p r ogress and devel opments of the catalysts f or methane catalytic com -busti onwere described .The catalysts f or methane catalytic combusti on which was composed in three parts (base,active constit 2uent and oxide support )were als o discussed .It is shown that the additi on of metals and metal -oxides i m p r oves the ther mal stability of noble metal catalysts and metal -oxide catalysts such as per ovskites and hexaalum inates,and brings benefit t o activity in methane catalytic combusti on .Finally,the reacti on mechanis m f or methane catalytic com 2busti on was summarized si m p ly .Keywords catalytic combusti on methan noble metal catalysts metal -oxide catalysts 随着人们对环境污染和能源短缺问题的日益重视,天然气以储量丰富、价格低廉、使用方便、热效率高、污染小等优点,被认为是目前最清洁的能源之一。
甲烷催化燃烧整体型催化剂研究进展
过程。 由于催化燃烧技术满足高效能、低污染利用能源
的要求，受到各国研究者的关注。 目前，CCM 催化剂 主要有贵金属和非贵金属两大类。 贵金属系列以 Pd 为代表，负载在 Al2O3、改性 Al2O3、Si3N4 等载体上[6 -9]。 非 贵 金 属 系 列 包 括 钙 钛 矿 (perovskite)[10-12]、 六 铝 酸 盐 (hexaaluminate) 、 [13,14] 烧 绿 石 (pyrochlore)[15]、 金 属 复 合 氧化物 等 [16-18] 。 王军威、严河清等人总结了近年来以 上几类甲烷催化燃烧催化剂发展概况 。 [19,20] 本文着 重介绍整体型催化剂在甲烷催化燃烧中的应用。
击性能。
研究表明，焙烧和热处理工艺不仅影响活性组
分的晶型结构，在晶体结构中形成晶格缺陷、增加
晶格氧； 而且可以改变表面活性中心的分布与价
态，调节表面吸附氧的数量，从而影响催化性能。 S
Cimino[33,39]等首先在堇青石基体上涂覆 La 改性 Al2O3， 然后利用浸渍法负载 Pd/LaMnO3 活性组分，700℃~ 900℃在反应气氛下热处理 1h，使部分 Pd 进入钙钛
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1000℃ 下 没 有 明 显 失 活 现 象 。 B Kucharczyk [40] 在 FeCrAl 箔片上涂附 TiO2-La2O3 改性 Al2O3 第 二 载 体 后 ，用 浆 料 法 涂 覆 La1-xPdxMnO3、LaMn1-xPdxO3 (x=0.1, 0.15)活性组分。 实验结果表明 Pd 替代位置和焙烧温 度对催化剂性能有很大的影响，La1-xPdxMnO3 活性优 于 LaMn1-xPdxO3， 这 是 因 为 La1-xPdxMnO3 样 品 中 ，Pd 以高活性的 PdO 和 PdO2 形式存在；XPS 研究显示， 小于等于 800℃时，随着焙烧温度的提高，样品表面 Pd/(Pd+La+Mn)增 加 ，活 性 也 随 之 增 加 ，但 是 850℃ 焙烧会导致 Pd 烧结，活性下降。 2.2 钙钛矿整体型催化剂 2.2.1 催化作用理和特点
甲烷高温燃烧催化剂研究进展
甲烷高温燃烧催化剂研究进展3王军威 田志坚33 徐金光 徐云鹏 徐竹生 林励吾(中国科学院大连化学物理研究所 大连116023)摘 要 本文综述了甲烷高温燃烧催化剂的研究现状,对有代表性的催化剂体系尤其是六铝酸盐催化剂的研究进展作了介绍,阐述了近年来有关贵金属、钙钛矿型氧化物及六铝酸盐催化剂结构和制备方法方面的研究结果,并对六铝酸盐催化剂的制备提出了一些建议。
关键词 甲烷 催化燃烧 六铝酸盐中图分类号:O 64313;TQ 426 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2003)0320242200Progress i n Research of the Ca ta lysts for H igh Tem pera tureCom bustion of M ethaneW ang J unw ei T ian Z h ij ian33 X u J ing uang X u Y unp eng X u Z husheng L in L i w u(D alian In stitu te of Chem ical Physics ,Ch inese A cadem y of Sciences ,D alian 116023,Ch ina )Abstract T h is p ap er describes the recen t research p rogress of the catalysts fo r h igh tem p eratu re com 2bu sti on of m ethane .T he studies on several rep resen tative catalysis system s ,esp ecially the hexaalum inate catalysts are review ed .Structu res and p rep arati on m ethods of the catalysts based on nob le m etals ,p er 2ovsk ites and hexaalum inates are summ arized and assessed .Several suggesti on s on p rep aring hexaalum inate catalysts are p resen ted .Key words m ethane ;catalytic com bu sti on ;hexaalum inate 收稿:2002年4月,收修改稿:2002年8月 3国家重点基础研究规划项目(G 1999022401)资助33通讯联系人 e 2m ail :T ianz @dicp .ac .cn一、引 言煤和石油在人们的生产、生活中占有极其重要的地位,随着社会的发展,其需求量与日俱增,但由此带来的能源和环境危机也日益突出。
甲烷催化燃烧的机理解析与催化剂设计
甲烷催化燃烧的机理解析与催化剂设计引言：甲烷是一种重要的天然气，广泛应用于能源领域。
然而，甲烷的直接燃烧会产生大量的二氧化碳，对环境产生不可忽视的影响。
因此，研究甲烷的催化燃烧机理并设计高效催化剂具有重要意义。
第一部分：甲烷催化燃烧机理解析甲烷催化燃烧是指在催化剂的作用下，甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水。
催化剂的作用是降低反应的活化能，提高反应速率。
甲烷催化燃烧的机理主要包括三个步骤：吸附、解离和氧化。
第一步：吸附甲烷分子首先吸附在催化剂表面，这是整个反应的起始点。
吸附可以通过物理吸附或化学吸附来实现。
物理吸附是通过范德华力将甲烷分子吸附在催化剂表面，而化学吸附则是通过共价键形成将甲烷分子牢固地吸附在催化剂表面。
第二步：解离在吸附后，甲烷分子发生解离，产生甲基（CH3）和氢原子（H）。
甲基是反应的中间体，它可以继续与氧气反应生成甲醇等产物，也可以进一步发生解离。
第三步：氧化在解离后，甲基和氧气发生反应，生成二氧化碳和水。
这是整个催化燃烧反应的最终产物。
催化剂通过提供活性位点，促进甲基与氧气的相互作用，加速反应速率。
第二部分：催化剂设计催化剂的设计是提高催化燃烧效率的关键。
以下是几种常见的催化剂设计策略：1. 金属催化剂金属催化剂具有高的催化活性和选择性。
例如，铂、钯、铑等金属催化剂在甲烷催化燃烧中表现出良好的活性。
金属催化剂的设计可以通过合金化、负载和改性等方法来实现，以提高催化剂的稳定性和活性。
2. 氧化物催化剂氧化物催化剂具有良好的热稳定性和氧化活性。
例如，二氧化钛、氧化锆等氧化物催化剂在甲烷催化燃烧中表现出较高的催化活性。
氧化物催化剂的设计可以通过控制晶格缺陷、改变表面酸碱性等方法来实现，以提高催化剂的活性和选择性。
3. 纳米催化剂纳米催化剂具有较大的比表面积和高的催化活性。
通过控制催化剂的粒径和形貌，可以调控催化剂的催化性能。
例如，纳米金属颗粒和纳米氧化物颗粒在甲烷催化燃烧中表现出优异的催化活性。
甲烷催化燃烧反应工艺研究进展
甲烷催化燃烧反应工艺研究进展蒋赛;郭紫琪;季生福【期刊名称】《工业催化》【年(卷),期】2014(22)11【摘要】甲烷催化燃烧是一种清洁高效的甲烷燃烧技术，在节能减排中具有重要的应用价值。
从催化剂、反应工艺和过程强化等方面对近年来甲烷催化燃烧技术进行综述，重点介绍颗粒催化剂固定床反应工艺、整体式催化剂反应工艺、流化床反应工艺和吸放热耦合反应工艺研究进展。
用于固定床反应器的颗粒催化剂主要为负载型贵金属催化剂和非贵金属氧化物催化剂。
贵金属催化剂活性好，起燃温度低，适合低浓度甲烷的催化燃烧。
非贵金属氧化物催化剂耐高温性好，适合较高浓度甲烷燃烧体系。
整体式催化剂的甲烷催化燃烧反应工艺中，最常用的是蜂窝陶瓷和金属合金等整体式催化剂的多段式催化燃烧反应器的设计。
设计直接采用多段式整体催化剂，催化剂的位置不同，发挥的催化作用也不同。
流化床催化燃烧装置具有燃烧过程接触面积广、热容量大和换热效率高等特点，可有效避免传统的固定床催化燃烧反应工艺存在的问题，非常适合应用于低浓度甲烷的催化燃烧过程。
利用甲烷催化燃烧强放热的特点，将催化燃烧产生的热量进行时间或空间的耦合，可以开发出吸-放热耦合反应工艺。
其中，固定床催化反应器中的流向变换强制周期操作作为一种高效的过程强化技术，在节约反应器成本的同时，可以提高反应热量的利用率。
%Compared with the conventional flame combustion,the catalytic combustion of methane is a clean and efficient methane burning technology. It possesses an importance application value in the energy saving and the emission reduction. In this paper,the recent researchprogress in methane catalytic com-bustion such as the catalysts,catalytic combustion process,and methane catalytic combustion process intensification technologies were reviewed. Moreover,the methane catalytic combustion reaction process of the fixed bed with the particle catalysts,the monolithic catalysts,the fluidized bed,and the coupling of exothermic and endothermic reaction process were focused. The particle catalysts used in the fixed bed reactor mainly were noble metal catalysts and non-noble metal oxide catalysts. Noble metal catalysts with high activity and low light-off temperature were suitable for catalytic combustion of methane with low con-centration. Non-noble metal oxide catalysts with good resistance to high temperature were suitable for com-bustion system of methane with high concentration. Monolithic catalysts for methane catalytic combustion commonly used honeycomb ceramics and metal alloy as monolithic carriers. Monolithic catalystswere applied to the design process of sectionalized catalytic combustion reactor. The catalysts in different position play a different role. Fluidized bed catalytic combustion reactor with wide contact area,large combustion heat capacity and high thermal efficiency,which could effectively avoid the existing problems of traditional fixed bed catalytic combustion process,was suitable for application in the catalytic combustion of methane with low concentration. Methane catalytic combustion is a strongly exothermic reaction. An endothermic and exothermic coupling reaction technology was developed by the coupling of time or space of catalytic combustion heat. Among them,the fixed bedcatalytic reactor reverse flow operation,as a highly efficient process intensification technology,could improve the utilization efficiency of reaction heat and save the cost of the reactor at the same time.【总页数】9页(P816-824)【作者】蒋赛;郭紫琪;季生福【作者单位】北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，北京100029;北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，北京100029;北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，北京100029【正文语种】中文【中图分类】TQ517.5;X701【相关文献】1.DNT氢化反应工艺和反应器研究进展 [J], 徐彦铎;李贵贤;季东;李晓明;方伟国;刘扬2.甲醇制烯烃反应工艺、反应机理及其动力学研究进展 [J], 王有和;吴成成;刘忠文;季生福3.生物反应器培养工艺的狂犬病毒疫苗研究进展 [J], 刘文凯;王家敏;乔自林4.Rochow-Müller反应制备甲基氯硅烷单体工艺的研究进展 [J], 邝澎;李晶5.缩合反应制甲基丙烯酸甲酯工艺及催化剂研究进展 [J], 王海之;刘晓曦;余强;刘仲能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
甲烷催化燃烧研究进展
反 应 才变 得 明显 。在 没 有催 化 剂 的情 况 下 ，甲烷 在 Ｊ 空 气 中 可以受 热 燃烧 ，此 时 自由基 反应 剧 烈 ，反应 温 度 急 剧 上 升 ； 入 催 化 剂 后 ，表 面 催 化 氧 化 反 应 和 自 加 由基 反应 同 时发 生 ，在 ３ ７℃ ～ ８ ７℃ 的 温 度 区 间 内 ７ ７
Ｅ— ａ ｌ ｍ ｉ：
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盐 、 晶石类 等 ，甲烷 的燃 烧 机 理 与 钙钛 矿 型催 化 剂 尖 类 似 ， 是通 过表 面 吸附 氧和 晶格 氧 的 参 与进 行 甲烷 都
目前 ， 化燃 烧 的研究 主要 为燃 烧 器设计 、 高效 催 提 率 和 寻找合 适 的催 化 剂［ ， 中催 化 剂 的研究 是 基 础 。 ３其 Ｊ 催 化剂 的作 用就 是 降 低 反 应 的活 化 能 ， 催 化 剂 的要 对 求 主要有 ： １ 低温 活性 ；２ 高 温热稳 定性 ；３ 良好 的 （） （） （） 抗 热和机 械振 动 性 能 ； ４ 不 易失 活 和 中毒 。对 此 ， （） 要
的 氧 化 。
作 用 的结果 “ 。 ｊ Ｐ ｄ催 化 剂 的 载 体 主 要 有 ： ｚ）、 ｒ 。 ＳＯ 、 Ａｌ 。 Ｚ ０ 、 ｉ ｚ （ Ｔｉ 。 Ｍｇ） ， 时 六 铝 酸 盐 也 可 作 为 催 化 剂 的 载 Ｏ 、 （等 同
体 引。
２ 甲烷ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ催 化燃 烧 催 化 剂 的 研 究进 展
会 影 响催 化剂 对 反应 物 的吸 附性 质 ，表面 吸 附氧 和 晶 格 氧 的活性 是 影 响催化 剂 活性 的 主要 因素 。较 低温 度 时 表面 吸 附氧 起氧 化作 用 ，而在 较 高温 度 时 晶格 氧 起 作 用 。对 于 其 它 非 贵 金 属 氧 化 物 催 化 剂 ，如 六 铝 酸
甲烷燃烧文档
甲烷燃烧概述甲烷是一种无色、无味的气体，是天然气的主要组成成分之一。
它具有高燃烧性，是一种常用的燃料。
本文将介绍甲烷燃烧的原理、过程及其应用。
燃烧原理燃烧是一种氧化反应，在有足够氧气存在的情况下，燃料与氧气发生化学反应产生热能。
甲烷燃烧可以表示为如下的化学方程式：CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O根据方程式可以看出，甲烷燃烧的产物主要是二氧化碳和水。
这种反应放出大量热能，因此甲烷是一种非常有效的燃料。
燃烧过程甲烷燃烧的过程可以分为三个阶段：点燃阶段、燃烧阶段和熄灭阶段。
点燃阶段在点燃阶段，需要提供足够的能量来使甲烷与氧气发生反应。
一旦点燃，甲烷将开始燃烧并产生火焰。
在燃烧阶段，甲烷与氧气反应产生二氧化碳和水。
这个过程中会释放出大量的热能，使甲烷燃烧持续下去。
熄灭阶段在熄灭阶段，当甲烷供应不足或者氧气不再完全时，燃烧过程会停止，火焰会逐渐熄灭。
应用甲烷燃烧在工业和日常生活中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用示例：发电甲烷燃烧被广泛应用于发电厂，通过燃烧甲烷产生的热能驱动蒸汽涡轮发电机，以产生电能。
加热甲烷燃烧可以产生高温，因此被用于加热、采暖和烹饪等应用中。
例如，在家庭中，甲烷被广泛用于燃气灶、燃气热水器等设备。
工业过程甲烷燃烧也常用于工业生产过程中的热能供应。
例如，许多化工厂会使用甲烷作为燃料来加热反应釜或提供工艺热。
甲烷也可以作为一种替代燃料应用于汽车。
天然气车（CNG车）使用压缩天然气（包括甲烷）作为燃料，具有环保和节能的特点。
安全性甲烷是一种易燃气体，对人体和环境具有一定的危害。
在甲烷燃烧过程中，需要注意以下安全事项：•要保证燃烧区域的通风良好，避免甲烷积聚过多导致爆炸危险；•避免甲烷泄漏，因为甲烷是无色无味的，一旦泄漏很难察觉；•使用甲烷燃气设备时，要进行安全阀和泄漏报警器的检查和维护。
结论甲烷燃烧是一种高效、常用的能量转化方式。
它在发电、加热、工业生产和交通运输等方面具有广泛的应用。
甲烷催化燃烧催化剂的研究进展
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武汉大学学报 ! 理学版 "
第( )卷
在纳米尺度内输运 Q 这就说明在富氧 条 件 6完成的 , 为 活 性 相# 而Q 下# Q : L 极易 形 成 # 6主 要 保 持 金 属 状态 , 对 负载型 Q 少 量 还 原比 完 全 氧 : 催化 剂来 说 # 化或完全还原处理 的 金 属 粒 子 催 化 活 性 高 # 且比完
!! 随着人们对环境污染和能源短缺问题的日益重 视# 天然气以储量丰富 & 价格低廉 & 使用方便 & 热效率 高& 污染小 等 优 点 # 被认为是目前最清洁的能源之 一, 但由于其主要成分甲烷的燃烧温度很高 ! # 天然气 在 空 气 中 的 燃 烧 产 物 5L )& " " k" K L I# 等也可造成环境污 染 , 催化燃烧被认为是解决这一 问题最有效的途径 , 甲烷是最稳定的烃类 # 通常很难活化或氧化 # 且 甲烷催化燃烧工作 温 度 较 高 # 燃烧反应过程中会产 生大量水蒸气 # 同时天然气中含少量硫 # 因此甲烷催 化燃烧催化剂必须具备较高的活性和较高的水热稳 定性 # 以及一定的抗中毒能力 , 而通常催化剂活性与 稳定性是矛盾的 # 因此开发高效稳定的甲烷低温催 同时 化燃烧催化剂引起 国 内 外 研 究 者 极 大 的 兴 趣 # 进行了大量相关研究 # 并取得了一定的成果 , 关于甲 烷催化燃烧反应催 化 剂 的 制 备 及 性 能 已 多 有 报 道 , 目前研究较多的是 Q # # : Q 6 M /# > . 等贵金属催化 剂 和金属氧化物催化剂 ,
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甲烷催化燃烧发展历程
甲烷催化燃烧是指通过催化剂帮助甲烷与氧气反应，产生水和二氧化碳，释放出能量。
这一技术的发展历程可以追溯到19世纪末。
19世纪末，甲烷催化燃烧的理论基础开始建立。
德国化学家文森特·成立新斯基首先提出了气体催化燃烧的概念。
他在实验中使用了一种铂催化剂成功地催化了甲烷和空气的反应，生成了二氧化碳和水，这为后来的研究奠定了基础。
20世纪初，科学家们开始研究催化剂的种类和性质。
据研究表明，铂等贵金属能够有效地催化甲烷燃烧反应。
然而，高成本和稀缺性使得贵金属催化剂难以商业化应用。
因此，研究者们开始寻找其他廉价的替代催化剂。
20世纪50年代，以氧化铕为代表的稀土催化剂开发成功。
这类催化剂不仅具有良好的催化性能，还具备较低的成本。
通过这些催化剂，甲烷的燃烧速度显著提高，使得甲烷催化燃烧成为可能。
20世纪70年代，催化燃烧技术开始在实际应用中得到广泛推广。
石油工业、化学工业和能源领域开始采用催化燃烧技术来处理高浓度的甲烷废气。
这一技术的应用不仅能够有效地去除废气中的甲烷，还能够将其转化为有用的热能，实现废气的能源回收与利用。
随着时间的推移，催化剂的性能不断提高。
一些新型催化剂的
开发成为新的研究热点。
例如，过渡金属氧化物、稀土氧化物和过渡金属分子筛催化剂等被广泛应用于甲烷催化燃烧领域。
同时，催化燃烧技术在环境保护中的作用逐渐得到重视。
由于甲烷是一种温室气体，具有较高的温室效应，大量的甲烷排放会进一步加剧气候变化。
催化燃烧技术能够将甲烷完全转化为二氧化碳和水，减少温室气体的排放。
因此，甲烷催化燃烧成为解决气候变化和改善空气质量的重要手段。
总之，甲烷催化燃烧的发展历程可以追溯到19世纪末，经过多年的研究和发展，催化剂的种类和性能得到了显著提升。
催化燃烧技术在实际应用中展示出了巨大的潜力，并逐渐成为环保和能源领域的研究热点。
随着科学技术的不断进步，相信甲烷催化燃烧技术将在未来得到更广泛的应用和发展。