[发明专利]一种催化甲烷低温选择性制备甲醇的负载型催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种催化甲烷低温选择性制备甲醇的负载型催化剂，所述负载型催化剂以氧化铝为载体，以Cu和Zr为活性组分，按照重量100%计，Cu5%‑20%、Zr8%‑15%、余量为氧化铝；同时，本发明还公开了所述负载型催化剂的制备方法和应用，其制备方法简单，且能在100‑200℃下催化甲烷制备甲醇，甲烷的转化率高，甲醇选择性好。

技术领域

本发明属于催化甲烷制备甲醇技术领域，具体涉及一种催化甲烷低温选择性制备甲醇的负载型催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

甲醇是一种极为重要的有机化工原料，可以生产甲醛、醋酸、甲基叔丁基醚（MBTE）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）等，在化工、医药、纺织等领域有着广泛应用。诺贝尔化学奖获得者George A. Olah曾提出“甲醇经济”的概念，即甲醇可以用来部分替代目前广泛使用的化石燃料用作能源储存材料和燃料。因此，甲醇及其下游产品发展前景广阔。

从原理上讲，从任何一种碳资源（例如天然气、煤和生物质）出发经过气化得到合成气进而合成甲醇都是可行的，但是由天然气直接选择氧化制备甲醇是最原子经济的反应，利用天然气和廉价易得的氧气制备甲醇也具有良好的经济效益。

CN103785375A公开了一种采用浸渍法制得Nb、Ce 修饰的SiO₂，然后负载活性组分Sb、Mo催化甲烷选择性氧化合成甲醇和甲醛。该方法采用浸渍法合成催化剂，过程中需要旋转蒸发除去浸渍液中的水，能耗高，不易放大生产，且催化甲烷反应温度在500-600℃。CN104549223A公开了一种采用共沉淀法制得Nb、Ce修饰的SiO₂，然后负载活性组分Sb、Mo催化甲烷选择性氧化合成甲醇和甲醛。该方法采用氨水调节pH值进行共沉淀，氨水运输条件要求苛刻，且催化甲烷反应温度在500-600℃。CN103962142A公布的核壳结构的钙钛矿型氧化物催化剂和CN103949263A公布的钙钛矿复合氧化物催化剂，合成过程中焙烧温度高，且催化甲烷反应温度高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明公开一种催化甲烷低温选择性制备甲醇的负载型催化剂及其制备方法，所述负载型催化剂合成方法简单，且能在100-200℃下催化甲烷制备甲醇，甲烷的转化率高，甲醇选择性好。

一种催化甲烷低温选择性制备甲醇的负载型催化剂，所述负载型催化剂以氧化铝为载体，以Cu和Zr为活性组分，按照重量100%计，Cu5%-20%、Zr8%-15%、余量为氧化铝。

所述负载型催化剂的制备方法，所述制备方法采用等体积浸渍法，具体为：称取硝酸铜和硝酸锆溶于水中，搅拌，然后加入等体积氧化铝，超声浸渍1-2.5h，过滤、洗涤、烘干、焙烧、筛分得到所述负载型催化剂。

优选地，所述超声浸渍的超声频率为40KHz、超声功率为400W。

优选地，所述烘干的温度为110-120℃。

优选地，所述焙烧的温度为500-600℃、时间为3-5h。

优选地，所述筛分过20-40目筛。

所述负载型催化剂用于催化甲烷制备甲醇的应用，所述应用为：将所述负载型催化剂装填入固定床反应器中，通入氧气进行活化，然后通入惰性气体充分置换，调节温度至反应温度100-200℃，然后通入反应气体，调节反应压力为0.1-2MPa；其中，所述反应气体为甲烷、水、氧气的混合气体。

优选地，所述反应气体中，甲烷、水、氧气的分压比为(0.5-2): (0.1-1):1。

优选地，所述反应气体的空速为1800h^-1。

优选地，所述惰性气体为氮气或者氦气。

本发明的优点：