[發(fā)明專利]一種整體擠出式催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410740027.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105709753B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王樹(shù)東;孫天軍;王勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): B01J23/83
• 分類號(hào): B01J23/83;C07C9/04;C07C1/04;C07C1/12
• 代理公司: 沈陽(yáng)晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發(fā)明提供一種整體擠出式催化劑及其制備方法和應(yīng)用。所述整體擠出式催化劑由活性組分鎳、助催化劑鑭以及催化劑載體組成，其中載體為γ?Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SiO₂中的一種或多種組成的混合物，且至少含有一種γ?Al₂O₃載體。上述催化劑組分或其前驅(qū)體經(jīng)過(guò)干混、捏合、練泥、擠出、干燥、焙燒與活性組分擔(dān)載工序制成整體擠出式鎳基催化劑。本發(fā)明提供的催化劑具有平行的縱向通道，反應(yīng)床層壓力降低，適用于完全甲烷化反應(yīng)過(guò)程，尤其適用于高空速甲烷化反應(yīng)工藝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高空速甲烷反應(yīng)催化領(lǐng)域，特別涉及一種整體擠出式催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

CO與CO₂加氫H₂反應(yīng)轉(zhuǎn)化成甲烷是化學(xué)工程領(lǐng)域最基礎(chǔ)、最重要的反應(yīng)之一，且關(guān)系到國(guó)家能源安全。甲烷化過(guò)程不僅是煤制天然氣的核心關(guān)鍵技術(shù)之一，還被廣泛應(yīng)用氣體凈化過(guò)程譬如合成氨氣體凈化與密閉空間的CO₂凈化過(guò)程。近期，經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)帶動(dòng)了富煤少氣地區(qū)煤制天然氣技術(shù)的研發(fā)熱潮，從而導(dǎo)致CO和CO₂的甲烷化催化劑與工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)再次備受各國(guó)關(guān)注。

自上世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際上眾多技術(shù)研發(fā)單位都開(kāi)展了甲烷化技術(shù)的研究，并取得了一定的研究成果。如以英國(guó)Davy公司、丹麥Topsoe公司為代表的專利技術(shù)US4455391、GB2077613A、US4762815、US4086261、US3988262、GB2166661A US4002658、GB1495127等，以及國(guó)內(nèi)各科研院所與能源公司開(kāi)發(fā)的眾多甲烷化技術(shù)CN201010034230.1、CN200810046429.9、CN201110421293.7、CN201010526396.5、CN200910187675.0、CN201010223996.4、CN201010127833.6、CN201010127840.6、CN201110121861.1、CN201110188574.2、CN201110351012.5、CN201110336259.X等等。

眾所周知，CO和CO₂的甲烷化反應(yīng)均為強(qiáng)放熱反應(yīng)，且反應(yīng)放熱量取決于反應(yīng)原料氣中的CO和CO₂含量與轉(zhuǎn)化率，每1％的CO轉(zhuǎn)化成CH₄，氣體絕熱升溫可達(dá)60-70℃。大量的放熱不僅將導(dǎo)致催化劑快速燒結(jié)失活，同時(shí)還使得甲烷化反應(yīng)易于受到熱力學(xué)平衡限制，所以反應(yīng)床層溫度的控制是甲烷化過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過(guò)反應(yīng)氣體循環(huán)，稀釋原料氣中CO濃度，是完全甲烷化過(guò)程中反應(yīng)溫升控制的最有效手段。然而在較低含量的CO和CO₂甲烷化反應(yīng)過(guò)程中，則需要提高CO和CO₂的轉(zhuǎn)化量，以控制反應(yīng)溫度與反應(yīng)速率。在當(dāng)前應(yīng)用的甲烷化工藝中，絕大多數(shù)都采用顆粒催化劑固定床反應(yīng)器。球形或柱狀顆粒催化劑為堆積式裝填，熱容量高、反應(yīng)器床層的阻力大，是高空速甲烷化反應(yīng)運(yùn)行的最大障礙。此外，球形或柱狀顆粒催化劑的外擴(kuò)散距離相對(duì)較大，不能充分釋放催化劑顆粒內(nèi)部的活性位，導(dǎo)致其反應(yīng)效率下降與內(nèi)部熱積壓。所以，開(kāi)發(fā)適用于高空速甲烷化過(guò)程的高效催化劑技術(shù)，對(duì)完全甲烷化與甲烷化氣體凈化過(guò)程的發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是一種整體擠出式催化劑的制備方法及其在甲烷化反應(yīng)中的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的顆粒型鎳基甲烷化催化劑與堇青石蜂窩陶瓷作為載體的涂層式催化劑不同，本發(fā)明首先將甲烷化催化劑載體與助劑在添加特定配方的擠出助劑后，一次性擠出成具有平行縱向通道的催化劑，然后擔(dān)載活性組分制作成甲烷化催化劑。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種整體擠出式催化劑，所述催化劑由活性組分、催化助劑與催化劑載體組成；其中：

活性組分為鎳，其含量以金屬氧化物計(jì)，為催化劑總重量的5～35％；