由此计算平均扩散系数

（e）从反应器出口收集的产品蜡（液态烃产物）的碳数（N_C）分布 。【成果启示】

本研究报道了在中试固定床反应器中FT合成过程中在单个催化剂颗粒内形成的产物分布的原位MRI成像。

图2  成像催化剂床结构和反应器内的液体分布© Springer Nature

反应器内液体产物的3D ¹H MRI图像。其中所使用的测量手段可以扩展到不同的反应体系对反应器和催化剂内传质和反应的耦合进行原位表征
，

（f）碳数（N_C）在30-50范围内的出口产品蜡的Anderson-Schulz-Flory曲线 。证实了孔隙表面存在富水液体。

（b）对于所研究的三种进料比 ，

（c）H₂和CO在不同N_C值的蜡混合物中的亨利定律常数。传质对催化剂性能的重要性。

三
、

（b）在不同进料比（FR）下的CO转化率（X_CO） 。这些数据证明除纳米级催化剂活性外 ，

图7  颗粒内液体产品和收集蜡之间的比较© Springer Nature

（a）对于不同进料比，【核心创新点】

利用核磁共振成像技术对费托合成反应过程中催化剂颗粒内部的产物进行了原位成像表征 ，需要长达三周的启动时间。其催化剂的性能及反应产物分布还会显著地受到传质过程的影响。并且孔中存在的平均碳数可以是产品蜡中的两倍，

图6  单个催化剂颗粒内的碳数分布© Springer Nature

（a）在进料比为0.5时从催化剂层3获得的N_C的放大图 。

原文详情 ：Operando magnetic resonance imaging of product distributions within the pores of catalyst pellets during Fischer–Tropsch synthesis (Nature Catalysis2023, 6, 185-195)

本文由赛恩斯供稿。

（b）催化剂层1的总信号强度显示了催化剂层的孔隙和颗粒间的液体积聚 。

图4  颗粒内产物平均扩散系数的2D图© Springer Nature

在每个图像像素处
，同时成像结果揭示了反应器和催化剂颗粒内部产物的空间分布。目前对于费托催化剂的原位表征主要集中在对催化剂活性位点及其本征动力学的研究 。

（d）在反应开始期间通过GC测量的CH₄和C₅₊的选择性。

图8  在催化剂孔中水的动态现场原位表征© Springer Nature

将化学位移和T₁弛豫时间相关的2D ¹H光谱用于区分反应器中存在的碳氢化合物、研究还实现了孔隙中存在的水和含氧化合物的操作特征，

（b）（a）中图像中显示的N_C值的统计分布。

（b）H₂和CO溶解在不同N_C值的蜡混合物中的有效扩散率De 。要在催化剂孔隙中达到稳态 ，此外，

（c）在反应开始期间测量的催化剂层1中的颗粒内液体的平均扩散系数和相应的碳数。在工业相关尺度上对催化剂行为进行原位表征还存在很大的挑战。从而促进催化过程的优化
 。英国剑桥大学Lynn F. Gladden教授团队利用核磁共振成像深入了解了在220℃和37°C操作的中试规模固定床反应器中发生的费托合成反应过程中催化剂颗粒内部的产物进行了原位成像表征。（a）中紫色框的颗粒内的N_C的统计分布。