[发明专利]一种CO2

说明书

本发明提供一种CO₂加氢制备甲醇的催化剂及其制备方法和用途。该催化剂为金属氧化物固溶体，所述金属氧化物固溶体的通式为Zn_xM_1‑xO，其中，x为0.05～0.3，M选自Ce、Cr和Ga中的至少一种。该制备方法包括如下步骤：1)将锌盐和M元素的盐共沉淀；2)将步骤1)得到的产物进行过滤和焙烧，得到所述催化剂。该催化剂在二氧化碳加氢制备甲醇中的用途。CO₂和H₂在该催化剂存在下进行反应，获得甲醇。本发明催化剂可在高温即高于300℃条件下运行，并具有较高的甲醇选择性，为后续工业应用以及耦合甲醇后续转化过程(MTO，MTG)提供了广泛前景。

技术领域

本发明涉及CO₂加氢催化转化技术领域，特别是涉及一种CO₂加氢制备甲醇的催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

用于发电的碳基化石燃料(石油、煤和天然气)的燃烧伴随着大量人为温室气体(GHG)排放到大气中，主要以CO₂的形式排放。2018年全球CO₂排放约33亿吨，CO₂的大气浓度从工业革命到之前的280ppm增加到410ppm。所导致的温室效应导致了重大的环境影响，例如全球变暖、海洋酸化、海平面上升和气候变化。因此，包括高效碳资源加工、利用和循环利用在内的绿色碳科学对于闭合碳循环、减少排放、缓解温室效应、减少对化石燃料的依赖具有重要意义。与碳捕获和封存(CCS)技术相比，通过热催化、电催化和光催化过程不仅可以减少温室气体排放和化石资源消耗，还可以回收CO₂制取高附加值燃料、化学品和材料。目前，直接利用CO₂化学工业作为原料包括合成尿素、甲醇(合成气的添加剂)、碳酸盐、羧酸等。其中多相催化在稳定性、分离、催化剂回收和反应器设计方面具有多个优势。特别是CO₂的多相催化加氢可制备多种高附加值的燃料和化学品，例如甲醇、二甲醚(DME)、碳氢化合物(低级烯烃、汽油、芳烃等)、甲烷、一氧化碳、甲酸盐和甲酸。

甲醇是一种重要的化工中间原料，可作为内燃机和燃料电池的燃料，随着不可再生能源的逐渐减少，甲醇作为一种可替代的化工原料可以合成多种化学品以及汽油等燃料。甲醇脱水产物二甲醚具有55-60的高十六烷值，是一种优良的柴油燃料替代品和家用燃气。在大多数应用中，二甲醚还可以替代液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)。除了作为甲醛、甲基各种化学品的关键原料外叔丁基醚(MTBE)、乙酸和卤代烷等，甲醇还可以进一步转化烃类以及多种石化和从化石资源中获得的化学产品。近年来随着分子筛催化剂，甲醇制烯烃(MTO)，甲醇制芳烃(MTG)等技术的发展，国际市场对于由甲醇所得燃料的需求呈快速增长(Johnson,D.Global Methanol Demand Growth；IHS Inc.,2016)。传统工业上制取甲醇采用合成气转化的方法，但是主要面临催化剂(Cu/ZnO/Al₂O₃)活性位在反应条件下容易烧结所导致的稳定差的问题，此外该过程的原料合成气的产出往往伴随着煤、天然气等化石资源的消耗以及其转化过程造成的CO₂排放和环境污染。

目前CO₂加氢制甲醇主要采用负载型金属或金属氧化物催化剂，例如传统Cu/ZnO/Al₂O₃,Cu/ZrO₂，传统的Cu基催化剂在在高于300℃条件下甲醇选择性很低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种CO₂加氢制备甲醇的催化剂及其制备方法和用途，可在高温即高于300℃条件下运行，并具有较高的甲醇选择性，为后续工业应用以及耦合甲醇后续转化过程(MTO，MTG)提供了广泛前景。