[發明專利]一種高分散高負載高活性低溫甲烷重整鎳基催化劑及其應用

有效

• 申請號: 201610099257.6
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105688916B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 孫予罕;袁昌坤;張軍;李晉平;肖亞寧;黃巍;孫志強;王東飛;孔文波;潘秉榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院;山西潞安礦業(集團)有限責任公司
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01J23/83;C01B3/40
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 許驊;許亦琳

本發明屬于化工領域，涉及一種高分散高負載高活性低溫甲烷重整鎳基催化劑及其應用。本發明提供一種高分散高負載高活性低溫甲烷重整鎳基催化劑，按質量百分比計，包括以下組分：活性組分20?25%；協同組分1?30%；載體45?79%。本發明還進一步提供了一種高分散高負載高活性低溫甲烷重整鎳基催化劑的制備方法及其在低溫甲烷重整反應中的用途。本發明提供一種高分散高負載高活性低溫甲烷重整鎳基催化劑及其應用，適用400?800℃反應溫度的高壓低溫甲烷?二氧化碳重整反應、高壓低溫甲烷?水蒸氣重整、高壓低溫甲烷?二氧化碳?水蒸氣混合重整等類型的甲烷重整工藝，具有較高的催化活性和穩定性。

技術領域

本發明屬于化工領域，涉及一種高分散高負載高活性低溫甲烷重整鎳基催化劑及其應用。

背景技術

天然氣作為清潔能源，是中國治理霧霾和節能減排戰略的重要組成部分，2020年天然氣占中國一次能源比重將達到10％以上，其生產應用在中國不斷發展是大勢所趨。天然氣的主要成分是甲烷，將甲烷轉化為合成氣后再通過Ficher-Tropsch(F-T)合成等反應制備化工產品或液體燃料是利用甲烷的重要途徑。同時，實現焦爐氣、馳放氣、煙道氣等以往難以高效利用的尾氣、廢氣的資源化利用也具有重要現實意義。近年來基于環境保護和工業發展的目的，甲烷重整制合成氣或制氫氣引起了工業界的極大興趣。我國諸多天然氣氣田中二氧化碳含量較高，若能將其中含有的二氧化碳直接與甲烷反應生產合成氣，不僅能省去分離過程的能源消耗，提高碳資源利用率，還可以作為化學能源傳遞系統(CETS,ie..Chemical Energy Transmission System)，并且從工業角度來看甲烷重整技術路線可實現工廠排放的二氧化碳循環利用、滿足合成氣的需求從而大大降低原料成本，提高下游產品的經濟效益。

甲烷-水蒸氣重整、甲烷-二氧化碳重整以及甲烷-二氧化碳-水蒸氣混合重整等是目前甲烷重整工藝的主要途徑，而負載型鎳基催化劑是甲烷重整反應普遍適用的一種廉價高效催化劑。當前已發展的甲烷重整工藝仍然存在反應溫度過高、對反應器的制造工藝和材質要求苛刻、催化劑表面積碳等諸多問題。因此如何選擇催化劑使其在較低溫度條件下動力學上抑制積碳的產生，同時加快甲烷重整反應速率就顯得至關重要，這就需要在設計催化劑時一方面要保證催化劑表面有足夠的活性位點以保持較高的反應活性和穩定性，另一方面又要能夠有效抑制積碳的產生。其中催化劑本身組成、助劑協同效應、金屬與載體的相互作用以及酸堿度等是影響催化劑活性位微觀結構、分散度、還原性及其反應活性、選擇性和抗積碳性能的關鍵因素，其中如何在較高鎳負載量前提下獲得均勻、小尺寸鎳粒徑的高分散鎳基催化劑是技術關鍵。

目前甲烷重整催化劑的研究主要集中在高溫、常壓條件下鎳基催化劑抗積碳和抗燒結性能的研究。International Journal of Hydrogen Energy上發表的文獻報道(第36卷，7094頁，2011年；作者：Jianqiang Zhu等)，以中性SiO₂為載體的Ni/SiO₂催化劑二氧化碳重整反應活性低、易因積碳而失活。中國專利(專利公開號為CN103949265A)披露一種常壓下甲烷三重整催化劑。中國專利(專利公開號為CN104248959A)披露一種常壓下甲烷二氧化碳重整制合成氣用Ni/Nd/SBA-15催化劑。相關文獻均未提出高鎳負載量下有效控制反應工況下催化劑表面鎳粒徑的方法。而工業上為了滿足需求通常通過提高鎳負載量來實現催化劑的較高活性和長程穩定性，這就犧牲了催化劑的抗積碳性能而需要提高催化劑使用溫度，尤其是干重整催化劑使用溫度難以降至850℃以下。較高的反應溫度不僅導致催化劑燒結、組分流失嚴重，同時也對未來工業化提出挑戰，因而研究在較低溫度下滿足工業需求的抗積碳高分散高負載鎳基低溫甲烷重整催化劑具有重大實際意義。

發明內容