[发明专利]一种产生高品质合成气的氧载体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种产生高品质合成气的氧载体及其制备方法和应用，氧载体是将CeO₂与AFe_nAl_12‑nO₁₉(A＝Ba,La)复合，该复合金属氧载体的通式为CeO₂‑AFe_nAl_12‑nO₁₉(A＝Ba,La)，其中，0<n≤12，铈占铈铁的总摩尔比x范围为0.1～0.9。制备过程为：首先以硝酸钡或硝酸镧、硝酸铁、硝酸铝为前驱体，配制硝酸盐溶液，并加入碳酸铵作为沉淀剂进行共沉淀，经抽滤、洗涤、干燥、焙烧后得到载体AFe_nAl_12‑nO₁₉，然后配制硝酸铈溶液，浸渍、阴干、干燥、非平衡等离子体处理，之后焙烧即可。该氧载体不仅具有较高的CH₄转化率、H₂与CO选择性，且能够将甲烷选择性氧化为H₂/CO十分接近理论值2的高品质合成气。

【技术领域】

本发明属于甲烷转化制取合成气领域，具体涉及一种产生高品质合成气的氧载体及其制备方法和应用。

【背景技术】

近年来，已探明全球非传统天然气储量高达900万立方米，大大缓解了人类对天然气的需求，非传统天然气大致包含页岩气、致密砂气、泥淖气(沼气)、可燃冰、及煤层气或煤矿气等。根据国际能源署(IEA)的2012年统计数据,我国非常规天然气的探明技术可采储量约为50万亿立方米，其中页岩气为36万亿立方米，致密气为3万亿立方米，煤层气为9万亿立方米。随着我国非传统天然气开采技术日益提升，能源结构势必深刻变化。此外，煤、石油、天然气等化石能源利用大量排放的温室气体CO₂对全球气候变暖和环境恶化造成了严重的影响，地质封存虽可以短期处理大量CO₂，但是存在严重的安全隐患，因此，迫切需要能有效转化天然气和CO₂资源化利用的新技术手段。

甲烷是天然气、非传统天然气(页岩气、致密砂气、煤层气和可燃冰)的主要成分，甲烷的分子结构十分稳定,C-H键能高达435kJ/mol，将其直接转化为高附加值、易于运输的液态化工原料比较困难，因此，先将甲烷转化为合成气，再经费托合成反应合成甲醇或烃类等间接转化途径，仍是目前天然气转化技术的主流。合成气的生产和应用在化学工业中具有极其重要的地位，由合成气可以生产一系列的化学品，如：氨及其产品，甲醇及其产品，费托合成产品，氢甲酰化产品等等。在过去，工业上是从煤和石油中制取合成气，在此过程中，合成气产率低，无法满足工业生产对合成气的需求，且制取工艺复杂、产率低、污染严重等。

近些年来由甲烷制取合成气工艺一般分为三类。第一类为已经工业化的水蒸汽重整及其改进技术，目前90％的合成气来源于该技术。但由于该工艺存在能耗高、设备庞大复杂、占地面积大、投资和操作费用高等缺点，使得合成气的生产成本约占整个天然气化工过程投资和生产费用总和的60％，并且产生的合成气H₂/CO过高(H₂/CO＝3)，不适合直接用于费托合成。第二类制合成气的重要途径为CH₄-CO₂重整，由于在投资和能耗上有所降低,特别是在缓解温室气体CO₂减排压力，保护环境上具有重大意义，因而日益受到人们的重视，但受贵金属催化剂昂贵、镍基催化剂易积碳失活、合成气H₂/CO过低(H₂/CO＝1)等问题困扰，距满足工业化的要求还较远。最后一类为开始于20世纪90年代的甲烷部分氧化制合成气(POM)方法，由于该过程是一个温和的放热过程(△H_298K＝-36.0kJ/mol),在能耗、设备投资等方面都有很大的降低，并且产生的合成气H₂/CO接近于理论值2，适合直接用于费托合成，近年来受到国内外研究者的广泛关注。但该工艺需从空气中分离纯氧，大大地提高了其生产成本，另外，甲烷与氧气混合进料存在爆炸危险和甲烷完全氧化的缺陷，以及催化剂床层容易出现飞温现象等，这些缺点严重制约着该工艺的工业化发展。