CN105727954B

CN105727954B - 一种合成气制天然气催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN105727954B
Application number: CN201410732116.4A
Authority: CN
Inventors: 任金晨; 孙晓丹; 张舒冬; 张信伟; 刘继华
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2014-12-06
Filing date: 2014-12-06
Publication date: 2018-01-16
Anticipated expiration: 2034-12-06
Also published as: CN105727954A

Abstract

本发明提供一种合成气制天然气催化剂的制备方法，所述催化剂包括活性组分、第一助剂、第二助剂和载体，所述制备方法首先将活性组分前驱体和第一助剂前驱体溶于水中，得到溶液A；然后加入载体，经老化、干燥、焙烧处理后得到催化剂前体B；采用还原气氛对催化剂前体B进行还原处理；将还原后的催化剂前体B与多元醇溶液加入到反应釜中进行加氢反应，将反应流出物放置，然后过滤干燥得到催化剂前体C；将活性组分前驱体和第二助剂前驱体溶于水中，得到溶液D，然后加入催化剂前体C，经干燥、焙烧处理后，得到催化剂。本发明方法促进了更多活性组分在载体表面的分散，既提高了活性金属的利用率，又提高了一氧化碳的转化率和产物的选择性。

Description

一种合成气制天然气催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种合成气制天然气催化剂的制备方法，尤其是涉及一种合成气制天然气负载型镍基催化剂的制备方法。

背景技术

甲烷化是指CO/CO₂与H₂在一定的温度、压力及催化剂作用下，生成CH₄的过程，目前，这一反应广泛应用于合成氨或制氢过程中微量碳的脱除、焦炉煤气甲烷化、煤制天然气等工艺之中。甲烷化是一种重要的催化技术，特别是在燃料应用领域，可以用来提高燃气热值，允许焦炉煤气、煤炭或生物质到天然气的转化。近年来，随着我国煤制代用天然气产业的快速发展，作为核心技术之一的甲烷化受到了越来越多的关注。

中国是一个“富煤、贫油、少气”的国家，利用丰富的煤炭资源，通过煤基合成气的甲烷化生产天然气在高油价时代具有良好的经济效益，对解决煤炭资源的综合利用问题，缓解中国油气资源短缺的现状，维护能源安全，实现CO₂减排、保护环境均具有重要的战略意义。

从公开报道的基础研究结果和有关资料可知，对于合成气甲烷化制天然气反应，Ni基催化剂（高Ni含量，20%~70%）为主流催化剂；Fe基催化剂易积炭失活；Co基催化剂耐受性强，但选择性差；Ru基催化剂活性高于Ni基催化剂，但其成本高；采用的助剂或载体材料有氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化铈、氧化镧、氧化锆、氧化钙、氧化镁等。总之，对煤制天然气工业催化剂的要求主要是：低温、高效（即反应温度低，原料气的氢碳比范围宽，CO和CO₂的加氢转化率高，CH₄的选择性高），稳定性好（即耐磨，耐温，抗积炭，抗中毒），使用寿命长、成本低。要达到这些要求，催化剂的组成配方和制备工艺技术的合理选择是关键。

中国专利CN1043639A公开的甲烷化催化剂以Al₂O₃为载体，镍为活性组分，以稀土金属，或碱土金属，或碱金属为助剂。美国专利US3933883公开的甲烷化催化剂以高纯γ-Al₂O₃为载体，负载活性组分氧化镍和氧化钴。中国专利CN1043449A公开的甲烷化催化剂，镍为活性组分，稀土金属和镁为助催化剂，其余为氧化铝。

虽然上述专利方法制得的催化剂均获得了较好的合成气甲烷化反应性能，但由于该反应是一个快速反应（这种快速反应一般是处于传质控制的条件下进行的），反应物在到达催化剂外表面的同时反应即已完成，因而催化剂的内表面对目标反应贡献不大，这就造成了载体孔道内较低的金属利用率，增加了催化剂的制备成本。

发明内容

为克服现有技术中的不足之处，本发明提供了一种合成气制天然气催化剂的制备方法，该方法制备的催化剂具有成本低廉、金属组分利用率高、选择性好、抗积炭能力强以及稳定性好的特点。

本发明所述的合成气制天然气催化剂的制备方法，所述催化剂包括活性组分、第一助剂、第二助剂和载体，活性组分为Ni；第一助剂为Fe，第二助剂为Ca、Mg、Zr、Ce或La中的一种或几种，载体为氧化铝、氧化硅、HZSM-5中的任一种；以催化剂中各元素质量占载体质量的百分比为基准，活性组分的含量为15wt%～35wt%，优选20wt%～30wt%，第一助剂的含量为1wt%～5wt%，优选1wt%～3wt%，第二助剂的含量为1wt%～5wt%，余量为载体；所述催化剂的制备方法包括如下步骤：

（1）将活性组分前驱体和第一助剂前驱体溶于水中，得到溶液A；

（2）将载体加入到步骤（1）得到的溶液A中，经老化、干燥、焙烧处理后，得到催化剂前体B；

（3）采用还原气氛对步骤（2）得到的催化剂前体B进行还原处理；

（4）将步骤（3）得到的还原后的催化剂前体B与多元醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换2～5次，然后调节氢气压力至2～4MPa，在200～300℃下反应2～5h；

（5）将步骤（4）得到的反应流出物放置1～3h，然后过滤，所得固体样品在室温下进行干燥，直至样品表面无液相，得到催化剂前体C；

（6）将活性组分前驱体和第二助剂前驱体溶于水中，得到溶液D，然后加入步骤（5）得到的催化剂前体C，经干燥、焙烧处理后，得到催化剂。

本发明合成气制天然气催化剂的制备方法中，步骤（1）中所述活性组分前驱体为硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍或氯化镍中的一种或多种，优选硝酸镍或醋酸镍；所述第一助剂前驱体为铁的可溶性盐，具体可以为硝酸铁，氯化铁，硫酸铁，优选为硝酸铁；所述溶液A中活性组分Ni的浓度为0.2～1.5mol/L，第一助剂Fe的浓度为0.1～1.2mol/L。

本发明合成气制天然气催化剂的制备方法中，步骤（2）中所述老化温度为10～90℃，优选为20～60℃，老化时间为1～24h，优选为4～12h。所述干燥温度为70～150℃，优选为80～120℃，干燥时间为2～12h，优选为4～8h。所述焙烧温度为350～650℃，优选为400～600℃，焙烧时间为2～12h，优选为4～8h。

本发明合成气制天然气催化剂的制备方法中，步骤（2）所述的载体为氧化铝、氧化硅、氢型ZSM-5中的一种，氢型ZSM-5载体采用商用分子筛，所述氧化铝或氧化硅载体可以采用市售的产品，也可以按本领域熟知的方法制备；所述催化剂前体B中，镍以元素计在载体中的重量含量为1wt%～5wt%。

本发明合成气制天然气催化剂的制备方法中，步骤（3）中所述的还原气氛为氢气或者氢气与氮气的混合气体，所述混合气体中氢气体积百分含量为10%～95%。具体的还原处理过程如下：氮气气氛下将催化剂前体升温至300～600℃，然后通入氢气或氢气与氮气的混合气体，在0.1～0.5MPa（绝压）处理4～8h后，在氮气气氛下降至室温。

本发明合成气制天然气催化剂的制备方法中，步骤（4）中所述的多元醇可以是木糖醇、山梨醇、甘露醇、阿拉伯醇中的一种或多种；多元醇溶液的质量浓度为5%～10%；多元醇溶液与步骤（3）得到的还原后催化剂前体B的体积比为5～10。

本发明合成气制天然气催化剂的制备方法中，步骤（6）中，所述活性组分前驱体为硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍或氯化镍中的一种或多种，优选硝酸镍或醋酸镍；所述第二助剂金属盐为硝酸钙、氯化钙、硝酸镁、氯化镁、硝酸锆、氯氧化锆、硝酸铈、硝酸镧中的一种或多种，优选硝酸锆；所述溶液D中活性组分镍的浓度范围为2～6.5mol/L，第二助剂金属的浓度范围为0.05～2.5mol/L。助剂和活性组分的具体浸渍过程为采用本领域技术人员熟知的方法。

本发明方法制备的催化剂也可以根据使用的需要制成适宜的颗粒形态，如制成条形、片形、柱形等。

本发明方法制备的催化剂可以应用于合成气甲烷化制天然气反应。催化剂在使用前在氢气气氛下，400～600℃预还原2～6h，优选4h。本发明方法制备的催化剂应用于合成气甲烷化制天然气反应，较好的工艺条件为：原料气的组成H₂/CO摩尔比为1.0～4.0，原料气中可以含有Ar、N₂或He等稀释性气体，原料气空速2000～20000h^-1，反应压力为0.1～5Mpa，反应温度为250～650℃。

本发明涉及的催化剂，采用氧化铝、氧化硅或氢型ZSM-5载体，先负载少量的活性金属组分Ni和第一助剂Fe，得到的催化剂前体经过还原处理后，在高压反应釜中催化多元醇水相加氢，生成的产物C₅及C₆液体烷烃可以作为惰性溶剂对催化剂前体进一步处理；经过处理后的催化剂前体再负载活性组分Ni和第二助剂组分，较好的控制了载体孔道内负载的活性金属量，促进了更多活性组分在载体表面的分散，既提高了活性金属的利用率，降低了催化剂成本，又加快了反应物和产物在催化剂表面和孔内的吸脱附速度，从而避免了产物的进一步转化，提高了一氧化碳的转化率和产物的选择性。

附图说明

图1为实施例1制备得到的催化剂（Ni以元素计质量占载体百分含量的25%，Zr以元素计质量占载体百分含量的3%，Fe以元素计质量占载体百分含量的1%，）反应活性和稳定性图。在图1中，横坐标为反应时间（h），纵坐标为CO转化率或CH₄选择性；反应条件为：2MPa，270℃，原料气组成H₂/CO/N₂= 67.5/22.5/10（摩尔比），空速3200h^-1。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的技术内容和效果，但不因此限制本发明。

评价条件：本发明催化剂反应前在450℃下用氢气还原4小时。在连续进样固定床石英反应器中进行反应，反应温度270℃，反应压力2MPa，原料气组成H₂/CO/N₂= 67.5/22.5/10（摩尔比），空速3200h^-1，产物经冷凝除水后用气相色谱在线分析，反应结果见表1。表1所示反应结果为催化剂在270℃工作6h的平均活性，包括CO转化率和CH₄选择性。

采用扫描电镜分析本发明所制备的催化剂中活性组分Ni在催化剂上的分布情况，本发明实施例和比较例所得催化剂的活性组分Ni在催化剂上的分布情况结果见表2。

实施例1

（1）载体的制备：

称取85.28g十六烷基三甲基溴化铵和81.95g柠檬酸，加入842mL去离子水配成混合溶液，将292.6g硝酸铝加入到混合溶液中，搅拌2h，然后在70℃下搅拌至成凝胶，将凝胶在室温老化12h，然后在110℃下干燥8h，在700 ℃焙烧4h，得到氧化铝载体，其中柠檬酸：十六烷基三甲基溴化铵：铝元素：水的摩尔比为：0.5：0.3：1：60。载体性质为：比表面积为296m²/g，孔容为0.65mL/g，平均孔直径为9.8nm。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化4h，80℃干燥12h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为80%，还原条件为450℃，0.2MPa（绝压），还原时间4h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换3次，然后调节氢气压力至3MPa，在220℃下反应4h；将上述高压釜中反应后的混合物放置2h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于110℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，成型，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为C-1。

实施例2

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g氢型ZSM-5（硅铝比50，孔容为0.23ml/g，比表面积为426m²/g，条形，当量直径1.5mm）载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，450℃下焙烧3h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为C-2。

实施例3

（1）载体的制备：

称取72.2g十六烷基三甲基溴化铵和69.4g柠檬酸，加入712mL去离子水配成混合溶液，将178mL正硅酸四乙酯加入到混合溶液中，搅拌2h，然后在70℃下搅拌至成凝胶，将凝胶在室温老化12h，然后在110℃下干燥8h，在600 ℃焙烧3h，得到氧化硅载体，其中柠檬酸：十六烷基三甲基溴化铵：硅元素：水的摩尔比为：0.5：0.3：1：60。载体性质为：比表面积为565m²/g，孔容为0.68mL/g，平均孔直径为5.2nm。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化硅载体，室温下老化8h，120℃干燥6h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为10%，还原条件为500℃，0.2MPa（绝压），还原时间6h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换2次，然后调节氢气压力至3MPa，在220℃下反应4h；将上述高压釜中反应后的混合物放置3h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于120℃下干燥6h，400℃下焙烧4h，成型，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为C-3。

实施例4

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取0.99g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量1%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至载体表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有18.81g硝酸镍和0.94g硝酸锆的混合水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为20%Ni，1%Zr，1%Fe的催化剂，记为C-4。

实施例5

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取4.95g硝酸镍和4.34g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量5%，Fe以元素计占载体重量3%；；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至载体表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有24.75g硝酸镍和4.7g硝酸锆的混合水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为30%Ni，5%Zr，3%Fe的催化剂，记为C-5。

实施例6

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和3.54g硝酸钙的混合水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Ca，3%Fe的催化剂，记为C-6。

实施例7

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和6.33g硝酸镁的混合水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Mg，1%Fe的催化剂，记为C-7。

实施例8

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入含有21.78g硝酸镍和1.86g硝酸铈的混合水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Ce，1%Fe的催化剂，记为C-8。

实施例9

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和1.87g硝酸镧的混合水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%La，1%Fe的催化剂，记为C-9。

实施例10

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为50%，还原条件为450℃，0.2MPa（绝压），还原时间6h；将还原活化后的催化剂前体B与400mL质量浓度为10%的木糖醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换3次，然后调节氢气压力至3MPa，在300℃下反应4h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至载体表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的混合水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于120℃下干燥8h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为C-10。

实施例11

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在氢气气氛中活化，还原条件为500℃，0.1MPa（绝压），还原时间3h；将还原活化后的催化剂前体B与200mL质量浓度为10%的甘露醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换2次，然后调节氢气压力至4MPa，在280℃下反应3h；将上述高压釜中反应后的混合物放置2h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的混合水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于80℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为C-11。

实施例12

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量1%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为10%的阿拉伯醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的混合水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为C-12。

实施例13

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为5%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为C-13。

实施例14

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；催化剂前体B在含氢气的混合气氛中活化，混合气体中氢气体积含量为90%，还原条件为400℃，0.2MPa（绝压），还原时间8h；将还原活化后的催化剂前体B与300mL质量浓度为8%的山梨醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换4次，然后调节氢气压力至2MPa，在300℃下反应2h；将上述高压釜中反应后的混合物放置1h，过滤，所得固体样品在室温下干燥至样品表面无液相，得到催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为C-14。

对比例1

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；将催化剂前体B加入到50mLC6烷烃溶剂中，浸渍20min，然后过滤，在室温下干燥，直至前体表面无液相，制得催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为D-1。

对比例2

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取2.97g硝酸镍和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，得到溶液A；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，110℃干燥10h，600℃焙烧4h，制得催化剂前体B，其中Ni以元素计占载体重量3%，Fe以元素计占载体重量1%；将催化剂前体B加入到300mL质量浓度为10%的山梨醇溶液中，浸渍20min，然后过滤，在室温下干燥，直至前体表面无液相，制得催化剂前体C；将催化剂前体C加入到含有21.78g硝酸镍和2.82g硝酸锆的水溶液中，于80℃搅拌至溶液蒸干，放入烘箱中于100℃下干燥12h，400℃下焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为D-2。

对比例3

（1）载体的制备同实施例1。

（2）催化剂的制备：

称取24.75g硝酸镍、2.82g硝酸锆和1.45g硝酸铁溶于适量去离子水中，制得水溶液；采用等体积浸渍法负载于20g制备的氧化铝载体，室温下老化6h，100℃干燥12h，400℃焙烧4h，即制得以元素计质量占载体百分含量为25%Ni，3%Zr，1%Fe的催化剂，记为D-3。

表1 催化剂的反应性能

表2 催化剂的活性组分Ni的分布结果，wt%

Claims

1.一种合成气制天然气催化剂的制备方法，所述催化剂包括活性组分、第一助剂、第二助剂和载体，活性组分为Ni；第一助剂为Fe，第二助剂为Ca、Mg、Zr、Ce或La中的一种或几种，载体为氧化铝、氧化硅、HZSM-5中的任一种；以催化剂中各元素质量占载体质量的百分比为基准，活性组分的含量为15wt%～35wt%，第一助剂的含量为1wt%～5wt%，第二助剂的含量为1wt%～5wt%，余量为载体；所述催化剂的制备方法包括如下步骤：

（4）将步骤（3）得到的还原后的催化剂前体B与多元醇溶液加入到高压反应釜中，密封后用氢气置换2～5次，然后调节氢气压力至2～4MPa，在200～300℃下反应2～5h，所述多元醇是木糖醇、山梨醇、甘露醇、阿拉伯醇中的一种或多种；

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：以催化剂中各元素质量占载体质量的百分比为基准，活性组分的含量为20wt%～30wt%，第一助剂的含量为1wt%～3wt%。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（6）中所述活性组分前驱体为硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍或氯化镍中的一种或多种。

4.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（6）中所述活性组分前驱体为硝酸镍或醋酸镍。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述第一助剂前驱体为铁的可溶性盐。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述第一助剂前驱体为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁。

7.按照权利要求1或6所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述第一助剂前驱体为硝酸铁。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述溶液A中活性组分Ni的浓度为0.2～1.5mol/L，第一助剂Fe的浓度为0.1～1.2mol/L。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述老化温度为10～90℃，老化时间为1～24h。

10.按照权利要求1或9所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述老化温度为20～60℃，老化时间为4～12h。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述干燥温度为70～150℃，干燥时间为2～12h，所述焙烧温度为350～650℃，焙烧时间为2～12h。

12.按照权利要求1或11所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述干燥温度为80～120℃，干燥时间为4～8h；所述焙烧温度为400～600℃，焙烧时间为 4～8h。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述催化剂前体B中，镍以元素计在载体中的含量为1wt%～5wt%。

14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的还原气氛为氢气或者氢气与氮气的混合气体，所述混合气体中氢气体积百分含量为10%～95%。

15.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述还原处理过程如下：氮气气氛下将催化剂前体B升温至300～600℃，然后通入氢气或氢气与氮气的混合气体，在0.1～0.5MPa下处理4～8h后，在氮气气氛下降至室温。

16.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述多元醇溶液的质量浓度为5%～10%。

17.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述多元醇溶液与步骤（3）得到的还原后催化剂前体B的体积比为5～10。

18.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（6）中所述第二助剂前驱体为硝酸钙、氯化钙、硝酸镁、氯化镁、硝酸锆、氯氧化锆、硝酸铈、硝酸镧中的一种或多种。

19.按照权利要求1或18所述的方法，其特征在于：步骤（6）中所述第二助剂前驱体为硝酸锆。

20.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（6）中所述溶液D中活性组分镍的浓度为2～6.5mol/L，第二助剂金属的浓度为0.05～2.5mol/L。