[發(fā)明專利]一種抗積碳型甲烷干氣重整包覆型鎳催化劑及制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810620935.8
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108704647A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈衛(wèi)華;王有森;方云進;方瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J35/02;C01B3/40
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本發(fā)明公開了一種抗積碳型甲烷干氣重整包覆型鎳催化劑及制備方法，催化劑由載體?金屬鎳?二氧化硅包覆層三部分構(gòu)成，主要克服現(xiàn)有干氣重整催化劑穩(wěn)定性差、易積碳失活的缺點。催化劑中金屬鎳和載體質(zhì)量比為0.01~0.25:1，載體為具有AB₂O₄尖晶石結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，A為Mg、Fe、Zn、Mn中的一種；B為Al、Cr、Fe中的一種。按照本發(fā)明制備的催化劑，具有很高的活性和穩(wěn)定性，抗積碳性能好。在常壓，反應溫度為700~850℃，空速為16500~132000mL·h^?1·g^?1，及反應氣組成為CO₂:CH₄:N₂=5:5:1的反應條件下，該催化劑連續(xù)反應100h，仍表現(xiàn)出高活性、高穩(wěn)定性和高抗積碳能力。本發(fā)明具有催化劑制備簡單、經(jīng)濟、無污染、易放大生產(chǎn)等優(yōu)點，具有極高的工業(yè)化應用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑制備及應用領(lǐng)域，具體涉及一種抗積碳型甲烷干氣重整包覆型鎳催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境的不斷惡化，全球溫度的持續(xù)上升，日益威脅著人類的生存環(huán)境。諸如控制甲烷、二氧化碳等溫室氣體的排放，以及加強對溫室氣體的轉(zhuǎn)化等措施，對環(huán)境保護具有現(xiàn)實意義。全球碳計劃的數(shù)據(jù)顯示，從1960年到2016年，全球碳排放累計達到了12483.64億噸，其中，中國的碳排放總量達到了1905億噸，約占總量的15.26%，也就是說從20世紀中期所升高的0.99℃中，中國貢獻了約0.15℃。此外，我國天然氣儲量豐富，截止2014年，天然氣、頁巖氣和煤層氣等新增探明地質(zhì)儲量再創(chuàng)歷史新高，合計首次突破萬億立方米，達到1.11萬億立方米，但天然氣在一次能源中的消費比例不足6%。減少溫室氣體的排放是全人類的共同任務，而甲烷干氣重整反應是將這兩種溫室氣體同時利用起來，轉(zhuǎn)化成高附加值的合成氣，是一個綠色環(huán)保的工藝，符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，具有經(jīng)濟和環(huán)保雙重效益。此反應主要特點有：(1) 二氧化碳和甲烷是對溫室效應影響最大的兩種溫室氣體，將兩者轉(zhuǎn)化成合成氣可有效減少溫室氣體排放，有巨大的環(huán)境效益；(2)該工藝可以實現(xiàn)天然氣資源的有效利用，優(yōu)化化石能源的消費比例；(3)生成的產(chǎn)物合成氣中的理論H₂/CO比為1，可直接作為羰基合成以及費托合成的原料；(4)反應是具有較大吸熱效應的可逆反應，可以作為能量儲備介質(zhì)，將熱能、核能或太陽能以化學能的形式儲存，再通過化學物質(zhì)的傳輸在需要時將能量釋放出來，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和運輸。

甲烷干氣重整催化劑分為貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑兩種系列。貴金屬催化劑的活性和穩(wěn)定性較高，但昂貴的價格限制了大規(guī)模化的工業(yè)應用，如CN105214658A公開了以金屬銥為活性組分、以氧化鈰基為固溶體，其中氧化鈰固溶體為純氧化鈰、氧化鈰-氧化鑭固溶體、氧化鈰-氧化鐠固溶體，氧化鈰-氧化鋯固溶體，氧化鈰-氧化鈦組成的固溶體。在非貴金屬催化劑中，Ni催化劑由于具有較低的價格和較高的初始催化活性的特點，成為最具工業(yè)化應用潛力的干氣重整催化劑，CN107376919A公開了氧化物載體上負載金屬鎳和助劑MgO，載體為SiO₂，Al₂O₃，TiO₂，氧化鑭，氧化鋯中的一種；CN106824202A公開了將碳纖維和金屬氧化物結(jié)合作為復合載體，鎳為活性組分，形成鎳/金屬氧化物-碳纖維催化劑。然而，高溫反應過程中，Ni催化劑的燒結(jié)和積碳問題，成為限制甲烷干氣重整反應的工業(yè)化瓶頸。