[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)熱性催化劑載體及制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410199501.7
• 申請(qǐng)日: 2014-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN103977840A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李德寶;王達(dá);侯博;賈麗濤;陳從標(biāo);王俊剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): B01J32/00
• 分類號(hào): B01J32/00;B01J35/02;B01J23/75;B01J23/889;B01J23/46;B01J23/755;B01J23/72;B01J23/89;C07C1/04;C07C9/04;C07C29/154;C07C31/04;C07C45/38
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種催化劑載體，具體地說(shuō)是一種以高導(dǎo)熱性金屬粉末作為催化劑載體及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

眾所周知，在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中用到的反應(yīng)器有漿態(tài)床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器等。其中固定床反應(yīng)器具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)物易分離的優(yōu)點(diǎn)而成為催化技術(shù)領(lǐng)域最常遇到的系統(tǒng)。在固定床反應(yīng)器中，對(duì)于高放熱、高吸熱反應(yīng)，由于裝填的催化劑顆粒導(dǎo)熱性能差，極易導(dǎo)致催化劑床層局部過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)“飛溫”現(xiàn)象，使得催化劑活性組分燒結(jié)，催化性能下降。目前，為了解決這個(gè)問(wèn)題，常用的方法有用惰性高導(dǎo)熱材料稀釋催化劑床層或使用具有高導(dǎo)熱性的材料作為催化劑載體來(lái)提高固定床反應(yīng)器傳熱效率、維持催化劑的穩(wěn)定性。

CN1260237A公開了一種以固定床進(jìn)行放熱反應(yīng)的催化劑。對(duì)于乙烯氯氧化制備1,2-二氯乙烷的高放熱反應(yīng)，采用導(dǎo)熱系數(shù)大于0.5W/cm/K的金屬顆粒作為稀釋劑對(duì)固定床床層進(jìn)行稀釋，反應(yīng)結(jié)果表明，催化劑床層溫度分布均勻，產(chǎn)物的選擇性提高。但是這種方法大大降低了固定床反應(yīng)器的利用效率，極大地降低了經(jīng)濟(jì)效益。

CN102020525A公開了一種Ni/SiC催化劑在合成氣制甲烷中的應(yīng)用。利用高導(dǎo)熱性能的SiC作為催化劑載體負(fù)載活性組分金屬鎳，結(jié)果發(fā)現(xiàn)催化劑催化性能優(yōu)良，甲烷選擇性在85％以上，并且床層溫度分布均勻，催化劑沒(méi)有積炭生成。但是，SiC比表面較低，價(jià)格相對(duì)較高，很難使得該催化劑在工業(yè)規(guī)模上生產(chǎn)。

CN1939587A公開了一種用于甲烷二氧化碳重整制合成氣的整體式催化劑。將Ni活性組分組裝在介孔分子篩SBA-15中，然后負(fù)載到Al₂O₃為過(guò)渡載體的FeCrAl合金薄片上，制備出金屬薄片作為載體的整體式催化劑。該催化劑具有導(dǎo)熱性能優(yōu)良、床層壓降低、活性組分Ni高度分散且不易燒結(jié)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但是利用該方法制備的催化劑，其Al₂O₃過(guò)渡層在反應(yīng)過(guò)程中容易脫離，造成催化劑活性組分流失，同時(shí)整體式催化劑也不易于向固定床反應(yīng)器中裝填。

CN1781595A公開了一種泡沫金屬加氫催化劑及其制備方法和應(yīng)用。載體采用粉末冶金法制備，活性組分采用化學(xué)鍍法進(jìn)行負(fù)載，得到的催化劑具有催化活性高，活性組分與載體結(jié)合牢固，載體孔隙率高，導(dǎo)熱性能好的優(yōu)點(diǎn)。但是利用這種方法制備的催化劑載體孔徑過(guò)大，比表面低，反應(yīng)器利用效率低，催化劑制備過(guò)程復(fù)雜，難于大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備過(guò)程簡(jiǎn)單、高導(dǎo)熱性的金屬粉末載體及制備方法和該載體負(fù)載活性組分制備用于高放熱、高吸熱反應(yīng)的催化劑。

金屬粉體具有高的導(dǎo)熱性能，同時(shí)在某些金屬粉體表面存在一層完整的納米級(jí)氧化膜，該氧化膜在高溫下能穩(wěn)定存在，避免內(nèi)部金屬氧化，同時(shí)利用酸堿腐蝕等處理方式能有效的調(diào)控金屬粉體的比表面、孔結(jié)構(gòu)等參數(shù)。基于以上特性，金屬粉體作為催化劑載體，其高導(dǎo)熱特性能強(qiáng)化固定床反應(yīng)器床層的傳熱效率，避免床層“熱點(diǎn)”形成；表面的氧化膜能“錨定”活性組分，避免活性組分的流失和燒結(jié)；其易于調(diào)控比表面、孔結(jié)構(gòu)的特性能促進(jìn)活性組分的分散，增加固定床反應(yīng)器的利用效率；另外金屬材料還具有市場(chǎng)價(jià)格低廉、原料來(lái)源充分的優(yōu)勢(shì)。因此，以金屬粉體作為催化劑載體用于高放熱、高吸熱反應(yīng)具有極大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和重大的商業(yè)前景。

本發(fā)明高導(dǎo)熱性催化劑載體為金屬粉，金屬粉平均顆粒范圍10-50μm，比表面為70-650m²/介孔孔徑2-30nm，大孔孔徑50-90nm，孔容為0.25-3.00cm³/g。

如上所述的為金屬粉為鎂粉、鋁粉、銅粉、鋅粉、鐵粉、MgAl合金粉或SiCuAl合金粉。

本發(fā)明催化劑載體的制備方法如下：

(1)將金屬粉(粒徑10-50μm)放入蒸餾水中煮沸6-10h，過(guò)濾，將濾餅在60-100℃下干燥10-20h；

(2)配置1.0×10^-6-1.0×10^-2mol/L酸或堿溶液2-5L；

(3)當(dāng)金屬粉為鋁、SiCuAl合金或MgAl合金時(shí)，按金屬粉：酸或堿溶液＝5g：2-5L，將步驟(2)所得的溶液按l/min-10ml/min速率加入步驟(1)所得的金屬粉中，并電磁攪拌處理10-30h，過(guò)濾，洗滌至中性，將濾餅在60-100℃下干燥10-30h；