[发明专利]一种高温合成气完全甲烷化催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂及其制备技术领域，具体地说，涉及一种高温合成气完全甲烷化催化剂及其制备方法。

背景技术

天然气是一种清洁、运输便捷、使用安全的优质能源，其主要成分为甲烷。由于天然气的优点，使之成为许多大中城市居民的主要燃气之一，而且随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，人们对天然气的需求量越来越大。

我国在能源方面的资源特点是富煤、少气（天然气）、贫油（石油）。因此，煤炭消费占能源一次消费的比重在70%左右。由于煤制天然气的能量转化率高，耗水量低，废弃物处理相对简单，成为最为有效的煤炭的利用方式。为充分利用我国丰富的煤炭资源，特别是低品位的褐煤资源，我国的许多地方采用的是将煤制备合成天然气再进行供应的途径。以煤制备合成天然气是解决煤炭清洁利用和解决天然气供应不足矛盾的有效措施之一。

以煤制备合成天然气的工艺流程主要包括煤的气化、部分变换、煤气净化和甲烷化四个部分，其技术路线的核心是合成气甲烷化工艺，而合成气甲烷化工艺的关键则是甲烷化的催化剂。在煤制备合成天然气的工艺中，合成气完全甲烷化需要处理CO达到20%的甲烷化反应，而甲烷化反应的绝热温升大，这就对催化剂的耐热、耐高温性能提出了严格的要求。目前，高温高压甲烷化催化剂（技术）主要由外国公司提供，如丹麦的托普索公司和英国的戴维公司。我国国内目前仅有生产城市煤气的常压部分甲烷化技术以及微量CO/CO₂等气体净化的甲烷化催化剂，在以煤制备合成天然气工艺的高温高压完全甲烷化方面尚无成熟的催化剂。近年来国内开工建设的煤制天然气项目主要还是在采用国外的完全甲烷化技术，为此需要支付巨额的专利使用费。因此，开发具有自主知识产权的高温高压完全甲烷化催化剂是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温合成气完全甲烷化的催化剂，它应具有催化剂活性好、耐热温度高、抗积碳性能以及水热稳定性好的优点，能克服我国国内目前尚无这方面成熟的催化剂的不足；本发明的另一个目的是提供上述催化剂的制备方法，它具有简单易操作的特点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高温合成气完全甲烷化催化剂，其特征是，其各组成成分的重量百分比之和为100%，其中：

镍（Ni）    10～30%；

镧（La）    11～20%；

铈（Ce）     1～5%；

锰、锂、钒的一种或几种  0.1～2%；

余量为三氧化二铝（Al₂O₃）。

为实现上述第二目的，本发明采取的技术方案为：

一种高温合成气完全甲烷化催化剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）催化剂成分的组成和混合

按各成分的重量百分比称取硝酸镍Ni(NO₃)₂.6H₂O、硝酸铝Al(NO₃)₂.9H₂O、硝酸镧La(NO₃)₃.6H₂O和锰、锂、钒的一种或几种溶解于50ml的溶剂中，在40～80℃的温度下磁力搅拌1～2 小时使各成分充分溶解并混合均匀；

所述的溶剂为去离子水或无水乙醇或乙二醇；

（2）干燥

将步骤（1）的溶解混合物在90～110℃温度下干燥6～8小时，得到熔融物；

（3）采用燃烧法进行处理

将步骤（2）干燥得到的熔融物以每分钟1～4℃的加热速度加热到600～800℃，然后在600～800℃温度下焙烧6～8小时，使熔融物充分分解，得到颗粒物；

（4）采用加压浸渍法进行处理

将步骤（3）得到的颗粒物进行研磨筛分；

称取4～6g 80～120目的研磨筛分的物质加入到40ml、摩尔浓度为0.012mol/L的硝酸铈Ce(NO₃)₃溶液中，在60～80℃温度、加压到0.1～0.3 MPa的条件下浸渍6～8小时，然后在90～110℃温度下干燥12小时，再在600～800℃温度下焙烧6～8小时，得到目标产物——高温合成气完全甲烷化的催化剂。

本发明的积极效果是：