(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210688363.3 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 合肥综合 性国家科 学中心能源研究 院 （安徽省能源实验室） 地址 230000 安徽省合肥市包河区滨湖卓 越城文华园9号楼 申请人 安徽理工大 学 (72)发明人 李唱　王一双　陆志恒　陈明强　 王君　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 李晓莉 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01)G01N 21/03(2006.01) (54)发明名称 一种原位拉曼测量含甲烷气体氧化制甲醇 催化剂积碳的方法 (57)摘要 一种原位拉曼测量含甲烷气体氧化制甲醇 催化剂积碳的方法， 主要是利用以高温高压显微 拉曼原位反应池为核心， 和配套的气体系统、 程 序控温系统、 数据采集系统和水冷系统组成的原 位拉曼系统， 在气相条件下通过不同气氛， 不同 温度， 不同反应时间来定量测量非碳催化剂在煤 层气(甲烷)氧化制甲醇过程中的积碳。 本发明通 过对原位拉曼光谱信号中碳的D带和G带峰面积 进行积分获得积碳相关数据， 改变气氛、 温度和 反应时间会使得D带和G带数据产生变化， 并通过 数据的变化研究气氛、 温度和反应时间对非碳催 化剂在煤层气(甲烷)氧化制甲醇中积碳的影 响， 通过减少催 化剂的积碳失活， 从而延长非碳催化 剂在煤层气(甲烷)氧化制甲醇中的使用寿 命。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115032184 A 2022.09.09 CN 115032184 A 1.一种原位拉曼测量含甲烷气体氧化制甲醇催化剂积碳的方法， 其特征在于： 采用原 位拉曼光谱测量并获得不同气氛、 不同反应温度和不同反应时间的非碳催化剂样品在 含甲 烷气体氧化制甲醇过程的拉曼光谱信号， 并从光谱信号中提取碳的D带峰和G带峰 的积分面 积， 与已知碳含量的标准样品的碳的D带峰和G带峰的积分面积相比较， 计算出非碳催化剂 的积碳量， 计算公式为： 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 其中k值的计算方式为： 以碳黑混合丝光沸石 (MOR)为标准样品， 用原位拉曼测量出多组标准样品的拉曼光谱数据， 绘制G带和D带峰面 积‑积碳含量散点图， 采用线性回归的方法计算出标准样品单位质量的G带和D带峰面积常 数k值。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述方法使用原位反应装置， 通过气氛控制， 温度控制和拉曼信号数据采集控制在安全 保护措施下， 保证非碳催化剂在 含甲烷气 体氧化 制甲醇过程中， 拉曼光谱仪的激光透过反应池窗口并获得不同气氛、 不同反应温度、 不同反 应时间的非碳催化剂样品在含甲烷气体氧化制甲醇过程的拉曼光谱信号。 4.如权利要求1或2所述的方法， 其特征在于： 所述方法使用原位反应装置， 所述的反应 装置包括高温高压显微拉曼原位反应池， 高温 高压显微拉曼原 位反应池内部存有陶瓷坩埚 可以放置催化剂， 且具有密封性能保持不高于3MPa的压力， 同时留有气流通道和装置环境 水冷通道。 5.如权利要求3所述的方法， 其特征在于： 所述的气氛控制包括通过气瓶、 数字流量计 和连接管道组成气体控制系统， 能够向高温显微拉曼原位反应池内通入不同气体， 所述气 体包括甲烷、 甲烷氧气混合气、 甲烷水蒸气混合气和甲烷氧气水蒸汽混合气 中的一种或多 种， 并控制其 流量。 6.如权利要求3所述的方法， 其特征在于： 所述的温度控制包括： 由温控升温控温装置 和高温高压显微拉曼原 位反应池组成温度控制系统， 可以控制高温 高压显微拉曼原 位反应 池底部与检测反应池窗口温度， 底部温度即甲烷氧化制甲醇的反应温度， 其控制范围为50 ‑ 1000℃。 7.如权利要求3所述的方法， 其特征在于： 所述拉曼信号数据采集控制包括通过拉曼光 谱的激光透过高温高压显微拉曼原位反应池窗口测 量到其内部陶瓷坩埚里的非碳催化剂 获得光谱信号， 并提取其碳的D带峰和G带峰的信号， 拉曼光谱的入射光源波长为532nm， 激 光的能量 为10％激光器额定功率。 8.如权利要求3所述的方法， 其特征在于： 所述安全保护措施包括通过水冷机来连接 高 温高压显微拉曼原 位反应池表层的管道来降低装置环境温度， 用来保护反应池窗口和拉曼 光谱防止损伤仪器。 9.根据权利要求1～7任一项所述的方法， 其特征在于： 所述方法具体包括以下步骤： 将 非碳催化剂放入高温 高压显微拉曼原位反应池内部的陶瓷坩埚内， 随后连接高温显微拉曼 原位反应池与气瓶之间的管路使其能够测量不同气氛下催化剂的积碳行为， 在高温显微拉 曼原位反应池上层连接水冷管道， 连接温控升温装置使得拉曼光谱能在不同的温度下测量 高温高压显微拉曼原位反应池中催化剂的信号； 在通入反应气体之前， 先通入氮气扫除多权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115032184 A 2余气体， 再设定测试温度， 在设定温度下通入不同的反应气体， 通过拉曼光谱测量预定条件 下的光谱信号， 提取碳的D带和G带信号的定量变化 来评估积碳行为的动态变化。 10.如权利要求1所述的方法， 其特 征在于： 所述含甲烷气体为煤层气。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115032184 A 3