[发明专利]一种用于煤制气甲烷合成催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种甲烷合成Fe‑Mn催化剂及其制备方法。本发明的催化剂是由过渡金属铁活性组分和锰或钴组分组成，基于金属粒子间的双重作用，设计了一种同时具有催化气化和催化甲烷化作用的催化剂，从而达到催化剂催化煤气化反应速率与甲烷化反应速率匹配的目的，最终实现现煤一步制备天然气的目的。

技术领域

本发明属于甲烷合成催化剂技术领域，具体涉及一种甲烷合成Fe-Mn催化剂及其制备方法。

背景技术

目前已经成熟的煤制天然气技术为两步法，该工艺取得了不错的甲烷收率，但具有工艺路线复杂、装置投资大、运行成本高等缺点。煤气化转化技术系统设备复杂，投资高。Dent于1937年最早提出煤直接制备天然气技术，与传统的煤气化后进行甲烷化的两步法制备天然气过程相比，煤一步法制备天然气技术具有工艺路线短、能量转化效率高、单位热值耗水量低等优点，但研究较少。该技术不仅可以解决天然气需求问题，同时可以提高煤的利用效率，成为煤制天然气的新发展方向。

催化剂在煤一步法制备合成天然气中起着催化气化与甲烷化的作用，是煤一步法制甲烷过程中的关键因素。煤一步法制备合成天然气存在着气化速率慢，甲烷产量低等问题，高性能催化剂的开发被视为煤一步法制备天然气的关键问题之一。因此，制备一种廉价且可以提高煤气化速率和甲烷产量的催化剂是关键。文献中报道了许多关于碱金属、碱土金属和一些过渡金属催化剂。碱金属催化剂具有较高的碳转化率，但其在高温下较易与煤灰反应导致烧结流失，致使其稳定性下降。碱土金属可以促进焦油反应，提高活性组分与载体的相互作用，可抗烧结，但添加不适会引起甲烷分解。煤的气化是吸热的慢速反应，而合成气甲烷化是放热的快速反应，设计同时具有催化气化和催化甲烷化作用的多组分催化剂的匹配是煤制甲烷技术核心，从而实现催化剂催化煤气化反应与甲烷化反应匹配。

发明内容

本发明的旨在提供一种用于煤一步法制备富甲烷合成的催化剂及其制备方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述技术目的，本发明的催化剂是由过渡金属铁活性组分和锰或钴组分组成，基于金属粒子间的双重作用，设计了一种同时具有催化气化和催化甲烷化作用的催化剂，从而达到催化剂催化煤气化反应速率与甲烷化反应速率匹配的目的，最终实现现煤一步制备天然气的目的。

基于煤的气化是吸热的慢速反应，而合成气甲烷化是放热的快速反应，催化剂的组分间互相制约，合适的比例起到了良好的协同作用，达到、催化煤气化反应速率与甲烷化反应速率匹配，一定程度抑制了链烃的增长，控制甲烷高产。同时，将煤的气化及合成气的甲烷化反应耦合在一个反应器中，催化剂在煤一步法制备富甲烷合成气的应用中促进了整体反应的进行。催化剂在反应器的温度为650℃，压力为4MPa，使用的燃料是煤，气化剂是水蒸气。

与现有技术相比，本发明煤一步法制备富甲烷合成气催化剂具有制备方法简单、催化性能好的优点，同时具有催化气化和催化甲烷化的作用，有效提高了合成气中甲烷的含量。

本发明催化剂由铁、锰、钴、氧元素的一种或多种组成；催化剂存在Fe-Mn尖晶石、Fe-Co尖晶石的一种或两种。

本发明催化剂采用浸渍法一步制备。催化剂的制备方法包括如下步骤：

（1）按Mn⁷⁺/Mn²⁺摩尔比为2:3，量取高锰酸钾和硝酸锰溶液，再加入50mL用去离子水，记为溶液A；

（2）按Fe³⁺/［Mn⁷⁺/Mn²⁺］摩尔比为0.2~5，或按Fe³⁺/Co²⁺摩尔比为0.2~5，或按Fe³⁺/（［Mn⁷⁺/Mn²⁺］+ Co²⁺）摩尔比为0.2~5，量取硝酸铁溶液，再加入50mL用去离子水，记为溶液B；

（3）将溶液A、溶液B混合；