[发明专利]一种高导热性催化剂载体及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂载体，具体地说是一种以高导热性金属粉末作为催化剂载体及制备方法和应用。

背景技术

众所周知，在工业生产当中用到的反应器有浆态床反应器、流化床反应器、固定床反应器等。其中固定床反应器具有设计简单、操作简便、产物易分离的优点而成为催化技术领域最常遇到的系统。在固定床反应器中，对于高放热、高吸热反应，由于装填的催化剂颗粒导热性能差，极易导致催化剂床层局部过热，严重时甚至出现“飞温”现象，使得催化剂活性组分烧结，催化性能下降。目前，为了解决这个问题，常用的方法有用惰性高导热材料稀释催化剂床层或使用具有高导热性的材料作为催化剂载体来提高固定床反应器传热效率、维持催化剂的稳定性。

CN1260237A公开了一种以固定床进行放热反应的催化剂。对于乙烯氯氧化制备1,2-二氯乙烷的高放热反应，采用导热系数大于0.5W/cm/K的金属颗粒作为稀释剂对固定床床层进行稀释，反应结果表明，催化剂床层温度分布均匀，产物的选择性提高。但是这种方法大大降低了固定床反应器的利用效率，极大地降低了经济效益。

CN102020525A公开了一种Ni/SiC催化剂在合成气制甲烷中的应用。利用高导热性能的SiC作为催化剂载体负载活性组分金属镍，结果发现催化剂催化性能优良，甲烷选择性在85％以上，并且床层温度分布均匀，催化剂没有积炭生成。但是，SiC比表面较低，价格相对较高，很难使得该催化剂在工业规模上生产。

CN1939587A公开了一种用于甲烷二氧化碳重整制合成气的整体式催化剂。将Ni活性组分组装在介孔分子筛SBA-15中，然后负载到Al₂O₃为过渡载体的FeCrAl合金薄片上，制备出金属薄片作为载体的整体式催化剂。该催化剂具有导热性能优良、床层压降低、活性组分Ni高度分散且不易烧结、稳定性好等优点。但是利用该方法制备的催化剂，其Al₂O₃过渡层在反应过程中容易脱离，造成催化剂活性组分流失，同时整体式催化剂也不易于向固定床反应器中装填。

CN1781595A公开了一种泡沫金属加氢催化剂及其制备方法和应用。载体采用粉末冶金法制备，活性组分采用化学镀法进行负载，得到的催化剂具有催化活性高，活性组分与载体结合牢固，载体孔隙率高，导热性能好的优点。但是利用这种方法制备的催化剂载体孔径过大，比表面低，反应器利用效率低，催化剂制备过程复杂，难于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备过程简单、高导热性的金属粉末载体及制备方法和该载体负载活性组分制备用于高放热、高吸热反应的催化剂。

金属粉体具有高的导热性能，同时在某些金属粉体表面存在一层完整的纳米级氧化膜，该氧化膜在高温下能稳定存在，避免内部金属氧化，同时利用酸碱腐蚀等处理方式能有效的调控金属粉体的比表面、孔结构等参数。基于以上特性，金属粉体作为催化剂载体，其高导热特性能强化固定床反应器床层的传热效率，避免床层“热点”形成；表面的氧化膜能“锚定”活性组分，避免活性组分的流失和烧结；其易于调控比表面、孔结构的特性能促进活性组分的分散，增加固定床反应器的利用效率；另外金属材料还具有市场价格低廉、原料来源充分的优势。因此，以金属粉体作为催化剂载体用于高放热、高吸热反应具有极大的实际应用价值和重大的商业前景。

本发明高导热性催化剂载体为金属粉，金属粉平均颗粒范围10-50μm，比表面为70-650m²/介孔孔径2-30nm，大孔孔径50-90nm，孔容为0.25-3.00cm³/g。

如上所述的为金属粉为镁粉、铝粉、铜粉、锌粉、铁粉、MgAl合金粉或SiCuAl合金粉。

本发明催化剂载体的制备方法如下：

(1)将金属粉(粒径10-50μm)放入蒸馏水中煮沸6-10h，过滤，将滤饼在60-100℃下干燥10-20h；

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

(3)当金属粉为铝、SiCuAl合金或MgAl合金时，按金属粉：酸或碱溶液＝5g：2-5L，将步骤(2)所得的溶液按l/min-10ml/min速率加入步骤(1)所得的金属粉中，并电磁搅拌处理10-30h，过滤，洗涤至中性，将滤饼在60-100℃下干燥10-30h；