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水煤气变换反应(CO+H2O()CO2+H2，Water-gas shift reaction，简写为WGSR)是工业制氢、合成氨、烃类汽化重整、费-托合成、燃料电池以及汽车尾气催化净化等过程中的重要反应之一。传统的WGSR催化剂为Fe-Cr系高温变换催剂(310～450℃)和Cu-Zn系低温变换催化剂(200～250℃)。与Fe-Cr催化剂和Cu-Zn催化剂相比，Co-Mo系催化剂的低温活性高、活性温区宽(160～500℃)、耐硫耐毒性强。
本文主要对Co-Mo系水煤气变换催化剂的制备、结构与性能之间的关系、催化剂的中间放大、工业侧线和工业试用进行了研究。采用浸渍法制备了一系列负载型的Co-Mo催化剂，研究了络合剂、金属助剂、载体等因素对催化剂结构和性能的影响，同时用XRD、BET、H2-TPR、CO-TPD、Raman、XPS、ESR、SEM等多种手段对催化剂的物化性质进行了表征，并对催化剂的活性中心性质及反应机理等问题进行了探讨。主要结果如下：
(1)在Co-Mo-K/γ-Al2O3催化剂中各组份的优化实验中，发现当K2O、CoO、MoO3各氧化物的百分含量分别为12.0、wt.％、1.0 wt.％、7.0 wt.％(以载体的质量为基准)时，催化剂的水煤气变换活性最高。在浸渍液中加入柠檬酸可以提高催化剂的WGS活性。柠檬酸的添加可以提高活性物种的分散度，并且柠檬酸的络合延迟了Co物种的还原，使Co物种更为有效地与Mo形成活性相。浸渍顺序的不同和锻烧条件对WGS活性稍有影响，其中用共浸法制备且未经锻烧的催化剂活性最佳。
(2)W的引入对Co-Mo-K/γ-Al2O3催化剂的低温WGS活性和热稳定性有较好的促进作用。氧化态催化剂的H2-TPR和Raman表征结果显示，W的加入使Mo物种由八面体[Mo(O)]转化为四面体[Mo(T)]，并破坏了部分聚合Mo物种的结构，提高了Mo的分散度。硫化态催化剂的XPS和ESR表征结果表明W的存在稳定了Mo5+物种；CO-TPD结果显示W的添加增加了Mo(CUS)位上CO的非解离吸附。高含量W的加入会导致WGS低温活性的降低，却可以极大地增强催化剂的高温活性和耐热性能，W物种虽然WGS活性较低，但它可以提高Mo物种的分散，抑制Mo活性相在高温下发生聚集和烧结，因而可以增强Mo基催化剂在相对较高温度下的反应性能。
(3)在不同载体对Co-Mo基催化剂上水煤气变换反应性能影响的研究中，发现当钟负载量为2～4 wt.％时，以MgO-Al2O3混合氧化物为载体的Co-Mo催化剂WGS活性即可达最大值，而γ-Al2O3或MgAl2O4负载的Co-Mo催化剂须添加6.0 wt.％K2O，活性才可达到最大值。这主要是因为MgO-Al2O3是由MgO，Al2O3和MgAl2O4尖晶石组成的混合物，其中的MgO可以有效地增强催化剂的碱性，从而减少K2O的添加量。
(4)反应温度对γ-Al2O3和MgO-Al2O3负载的催化剂的WGS活性影响规律不同，Co-Mo-K/γ-Al2O3催化剂的活性随温度升高呈单调下降的趋势；而MgO-Al2O3负载的催化剂无论含钾与否，其WGS活性在220～400℃区间内随温度升高而升高，当温度超过400℃，活性略有下降。这是由于催化剂中的碱性组份K和Mg的性质不同造成的。此外，Co-Mo-K/MgO-Al2O3比Co-Mo-K/γ-Al2O3催化剂的失活速率更慢。因此，Co-Mo-K/MgO-Al2O3综合了Co-Mo-K/γ-Al2O3和Co-Mo/MgO-Al2O3两者的优点，既可用于高压高汽气比和低压低汽气比的条件下，并且在高温区和低温区皆适用。
(5)本课题组在三明合成氨厂净化车间建立2.0 MPa，60 L反应器的工业测线试验系统，在校化工厂建立日产1吨的催化剂中间放大生产平台。本文所研究的三种催化剂XH-2(Co-Mo-K/γ-Al2O3)，XH-3(Co-Mo-W-K/γ-Al2O3)，XH-1K(Co-Mo-K/MgO-Al2O3)都具有很好的工业应用前景，其中前两种已经通过工业侧线试验和中间放大生产，于2006年2月和2008年1月两次共生产32吨催化剂，成功应用于两家合成氨厂。迄今为止，所投入的催化剂运行情况良好。
(6)XH系组合式耐硫变换催化剂于2006年3月通过厦门市科技局科技成果鉴定，2007年10月获得厦门市科技成果进步三等奖。申请发明专利2项，其中1项已授权。本课题已被列入省市科技计划重点项目，省618产学研项目，并获得校“985嘉庚化学平台”和校化工厂的资助。