CN105727977B - 一种合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法，所述催化剂包括活性组分、助剂和载体，所述的催化剂制备方法包括：处理废渣油加氢催化剂制得催化剂前体A；然后采用还原气氛对催化剂前体A进行还原处理；将还原后的催化剂前体A与多元醇溶液加入到高压反应釜中进行加氢反应，将反应流出物放置然后过滤并干燥，得到催化剂前体B；将活性组分前驱体溶于水中，得到溶液C，然后加入催化剂前体B，经干燥、焙烧处理后，得到催化剂。本发明方法不但充分利用了废渣油加氢处理催化剂，节约了成本，而且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

一种合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法

技术领域

本发明涉及一种合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法，尤其是涉及一种合成气甲烷化制替代天然气的负载型钼基催化剂制备方法。

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

为了克服现有技术中的不足之处，本发明提供了一种合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法。该方法不仅利用了废加氢处理催化剂中的Mo、Co和氧化铝载体，而且充分利用了废加氢处理催化剂上沉积的Ni和V，解决了废催化剂的污染问题，而且节约资源、提高效益，在技术上容易实施，所得的合成气甲烷化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甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法，所述催化剂包括活性组分、助剂和载体；所述活性组分为Mo，助剂为Ni、Co、V中的一种或几种；载体为氧化铝和氧化硅的复合氧化物；以催化剂中各元素质量占催化剂质量的百分比为基准，活性组分Mo的含量为15wt%～30wt%，助剂的含量为5wt%～10wt%，余量为载体；催化剂中SiO₂的含量为5wt%～50wt%，Al₂O₃的含量为15wt%～40wt%；所述催化剂的制备方法包括如下步骤：

（1）将废加氢处理催化剂抽提去除催化剂表面上的油，于80～150℃干燥后进行焙烧处理，所述焙烧温度为300~600℃，焙烧时间为 2～6h；

（2）将步骤（1）得到的废加氢处理催化剂研磨粉碎；

（3）向步骤（2）得到研磨粉碎后的废催化剂中加入强无机酸，溶解并经过滤后得到滤液；

（4）向步骤（3）得到的滤液中加入含Ni的前驱体，溶解后加入有机酸；

（5）向步骤（4）得到的溶液中加入硅源，并控制体系的pH值为3~5，在60℃~90℃下搅拌至生成凝胶；

（6）步骤（5）得到的凝胶，在室温下老化、再经过干燥、焙烧、成型，得到催化剂前体A；

（7）采用还原气氛对步骤（6）得到的催化剂前体A进行还原处理；

（8）将步骤（7）得到的还原后的催化剂前体A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；

（9）将步骤（8）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B；

（10）将活性组分前驱体溶于水中，得到溶液C，然后加入步骤（9）得到的催化剂前体B，经干燥、焙烧处理后，得到催化剂。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（1）所述废加氢处理催化剂指的是已经达不到原反应要求，或者由于级配原因而没有完全失活的固定床或沸腾床上使用的渣油加氢处理催化剂，一般为渣油加氢脱硫催化剂和/或渣油加氢脱金属催化剂。所述的废加氢处理催化剂以氧化铝为载体，活性金属组分含Mo和Co，所述的废加氢处理催化剂由于是加氢过程中所用的加氢处理催化剂，所以在加氢反应过程中，一般会有部分金属Ni和V沉积。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（1）中所述的催化剂前体A中Mo的含量为3wt%~10wt%，Co的含量为1wt%~3wt%，V的含量为1wt%~3wt%，Ni的含量为3wt%~10wt%。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（2）中废加氢处理催化剂研磨粉碎至120目以上，优选200目以上。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（3）中所述的强无机酸为浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸中的一种或多种，优选为浓硫酸或者浓硝酸和浓盐酸混合酸或者浓硝酸和浓硫酸混合酸。强无机酸的浓度一般为30wt%～100wt%，其中浓盐酸的浓度在30wt%以上，浓硝酸的浓度在50wt%以上，浓硫酸的浓度在50wt%以上。强无机酸的加入量，使强无机酸与废催化剂的体积比为1:1~1:10，步骤（3）中所述废催化剂溶解过程中需要加热，温度在40~80℃，溶解过程中需要强力搅拌。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（4）中所述含Ni的前驱体为Ni的可溶性盐，具体可以为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍，优选为硝酸镍；所述有机酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的一种或多种，与废加氢处理催化剂中Mo的摩尔比为0.5~1.5。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（5）中所述的硅源为正硅酸乙酯、硅溶胶中的一种或两种。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（6）中所述的凝胶在室温下老化4~12h，然后在100~120℃下干燥5~10h，在500 ~700 ℃下焙烧2~6h。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（7）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。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（8）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%；多元醇与步骤（7）得到的还原后催化剂前体A的体积比为5～10。

本发明合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法中，步骤（10）中所述的活性组分前驱体为Mo的可溶性盐，具体可以为四钼酸铵，钼酸铵，优选为钼酸铵；所述溶液C中活性组分钼的浓度为0.5～3mol/L。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。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。催化剂在反应前使用2%（体积分数）H₂S/H₂混合气预硫化3~6h，优选4h；硫化温度为400～600℃，硫化完成后通入原料气进行反应。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，具有适度的耐硫能力，较好的工艺条件为：原料气中H₂/CO摩尔比为1.0～4.0，含硫量为0.5%~1.5%，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0.1～6Mpa，反应温度为250～650℃。

本发明涉及的催化剂，利用废渣油加氢处理催化剂中的Mo作为活性金属，利用废催化剂中的Co，以及沉积在催化剂上的Ni和V，作为助剂，同时也充分利用了废催化剂的载体氧化铝，从而实现金属和载体的综合利用，提高了资源利用率，节约了大量成本；处理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Mo，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。

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2%（体积分数）H₂S/H₂混合气预硫化4h。在连续进样固定床石英反应器中进行反应，反应温度300℃，反应压力2MPa，原料气组成H₂/CO/N₂/H₂S= 67.5/22.5/9/1（体积比），空速5000h^-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300℃工作20h的平均活性。

采用扫描电镜分析本发明所制备的催化剂中活性组分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含量分布扫描电镜分析结果见表2。

实施例1

选用固定床渣油加氢工业装置的废加氢处理催化剂（MoCo/Al₂O₃），经过抽提去除催化剂表面上的油，于110℃干燥8 h，所得催化剂在450℃焙烧4h，得到处理后废催化剂（含Mo：12.8wt%，Co：2.3 wt%，V：2.5wt%，Ni：1.9 wt%，Al₂O₃：71.2 wt%），将催化剂研磨至200目（指通过200目筛），称取粉末重量100克，加入98 wt%浓硫酸260 mL，在50℃下恒温搅拌，使固体溶解，过滤收集滤液，向滤液中加入54.01g硝酸镍，搅拌溶解后，加入柠檬酸27.31g（柠檬酸与废剂中Mo的摩尔比为1），然后加入正硅酸乙酯381mL，控制体系pH值为4.0，在70℃下搅拌至生成凝胶，将凝胶在室温下老化8h，然后在110℃下干燥8h，所得固体在600 ℃下焙烧4h，即得催化剂前体A，其中Mo以元素计占催化剂前体A重量6wt%，Ni以元素计占催化剂前体A重量6wt%；将20g催化剂前体A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A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B；将催化剂前体B加入到含有11.19g钼酸铵的水溶液中，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，即制得以元素计质量占催化剂百分含量为25%Mo，0.7%Co，4.1% Ni，0.8%V的催化剂，记为C-1，催化剂中SiO₂的含量为32wt%，Al₂O₃的含量为23wt%。

实施例2

选用固定床渣油加氢工业装置的废加氢处理催化剂（MoCo/Al₂O₃），经过抽提去除催化剂表面上的油，于110℃干燥8 h，所得催化剂在450℃焙烧4h，得到处理后废催化剂（含Mo：12.8wt%，Co：2.3 wt%，V：2.5wt%，Ni：1.9 wt%，Al₂O₃：71.2 wt%），将催化剂研磨至200目（指通过200目筛），称取粉末重量100克，加入98 wt%浓硫酸和65 wt%浓硝酸的混合溶液300mL，体积比为2:1，在50℃下恒温搅拌，使固体溶解，过滤收集滤液，向滤液中加入41.32g硝酸镍，搅拌溶解后，加入柠檬酸40.98g（柠檬酸与废剂中Mo的摩尔比为1.5），然后加入正硅酸乙酯67mL，控制体系pH值为4.0，在70℃下搅拌至生成凝胶，将凝胶在室温下老化8h，然后在110℃下干燥8h，所得固体在600 ℃下焙烧4h，即得催化剂前体A，其中Mo以元素计占催化剂前体A重量10wt%，Ni以元素计占催化剂前体A重量8wt%；将20g催化剂前体A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A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B；将催化剂前体B加入到含有13.38g钼酸铵的水溶液中，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，即制得以元素计质量占催化剂百分含量为30%Mo，1.2%Co，5.2% Ni，1.3%V的催化剂，记为C-2，催化剂中SiO₂的含量为8.8wt%，Al₂O₃的含量为36wt%。

实施例3

选用固定床渣油加氢工业装置的废加氢处理催化剂（MoCo/Al₂O₃），经过抽提去除催化剂表面上的油，于110℃干燥8 h，所得催化剂在450℃焙烧4h，得到处理后废催化剂（含Mo：12.8wt%，Co：2.3 wt%，V：2.5wt%，Ni：1.9 wt%，Al₂O₃：71.2 wt%），将催化剂研磨至200目（指通过200目筛），称取粉末重量100克，加入35 wt%浓盐酸和65 wt%浓硝酸的混合溶液450mL，体积比为1:1，在50℃下恒温搅拌，使固体溶解，过滤收集滤液，向滤液中加入54.01g硝酸镍，搅拌溶解后，加入柠檬酸13.66g（柠檬酸与废剂中Mo的摩尔比为0.5），然后加入正硅酸乙酯381mL，控制体系pH值为4.0，在70℃下搅拌至生成凝胶，将凝胶在室温下老化8h，然后在110℃下干燥8h，所得固体在600 ℃下焙烧4h，即得催化剂前体A，其中Mo以元素计占催化剂前体A重量6wt%，Ni以元素计占催化剂前体A重量6wt%；将20g催化剂前体A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A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B；将催化剂前体B加入到含有7.36g钼酸铵的水溶液中，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，即制得以元素计质量占催化剂百分含量为20%Mo，0.83%Co，4.6% Ni，0.9%V的催化剂，记为C-3，催化剂中SiO₂的含量为36wt%，Al₂O₃的含量为26wt%。

实施例4

选用固定床渣油加氢工业装置的废加氢处理催化剂（MoCo/Al₂O₃），经过抽提去除催化剂表面上的油，于110℃干燥8 h，所得催化剂在450℃焙烧4h，得到处理后废催化剂（含Mo：12.8wt%，Co：2.3 wt%，V：2.5wt%，Ni：1.9 wt%，Al₂O₃：71.2 wt%），将催化剂研磨至200目（指通过200目筛），称取粉末重量100克，加入98 wt%浓硫酸260 mL，在50℃下恒温搅拌，使固体溶解，过滤收集滤液，向滤液中加入54.01g硝酸镍，搅拌溶解后，加入柠檬酸27.31g（柠檬酸与废剂中Mo的摩尔比为1），然后加入正硅酸乙酯381mL，控制体系pH值为4.0，在70℃下搅拌至生成凝胶，将凝胶在室温下老化8h，然后在110℃下干燥8h，所得固体在600 ℃下焙烧4h，即得催化剂前体A，其中Mo以元素计占催化剂前体A重量6wt%，Ni以元素计占催化剂前体A重量6wt%；将20g催化剂前体A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A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B；将催化剂前体B加入到含有11.19g钼酸铵的水溶液中，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，即制得以元素计质量占催化剂百分含量为25%Mo，0.7%Co，4.1% Ni，0.8%V的催化剂，记为C-4，催化剂中SiO₂的含量为32wt%，Al₂O₃的含量为23wt%。

实施例5

选用固定床渣油加氢工业装置的废加氢处理催化剂（MoCo/Al₂O₃），经过抽提去除催化剂表面上的油，于110℃干燥8 h，所得催化剂在450℃焙烧4h，得到处理后废催化剂（含Mo：12.8wt%，Co：2.3 wt%，V：2.5wt%，Ni：1.9 wt%，Al₂O₃：71.2 wt%），将催化剂研磨至200目（指通过200目筛），称取粉末重量100克，加入98 wt%浓硫酸260 mL，在50℃下恒温搅拌，使固体溶解，过滤收集滤液，向滤液中加入54.01g硝酸镍，搅拌溶解后，加入柠檬酸27.31g（柠檬酸与废剂中Mo的摩尔比为1），然后加入正硅酸乙酯381mL，控制体系pH值为4.0，在70℃下搅拌至生成凝胶，将凝胶在室温下老化8h，然后在110℃下干燥8h，所得固体在600 ℃下焙烧4h，即得催化剂前体A，其中Mo以元素计占催化剂前体A重量6wt%，Ni以元素计占催化剂前体A重量6wt%；将20g催化剂前体A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A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B；将催化剂前体B加入到含有11.19g钼酸铵的水溶液中，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，即制得以元素计质量占催化剂百分含量为25%Mo，0.7%Co，4.1% Ni，0.8%V的催化剂，记为C-5，催化剂中SiO₂的含量为32wt%，Al₂O₃的含量为23wt%。

实施例6

选用固定床渣油加氢工业装置的废加氢处理催化剂（MoCo/Al₂O₃），经过抽提去除催化剂表面上的油，于110℃干燥8 h，所得催化剂在450℃焙烧4h，得到处理后废催化剂（含Mo：12.8wt%，Co：2.3 wt%，V：2.5wt%，Ni：1.9 wt%，Al₂O₃：71.2 wt%），将催化剂研磨至200目（指通过200目筛），称取粉末重量100克，加入98 wt%浓硫酸260 mL，在50℃下恒温搅拌，使固体溶解，过滤收集滤液，向滤液中加入54.01g硝酸镍，搅拌溶解后，加入柠檬酸27.31g（柠檬酸与废剂中Mo的摩尔比为1），然后加入正硅酸乙酯381mL，控制体系pH值为4.0，在70℃下搅拌至生成凝胶，将凝胶在室温下老化8h，然后在110℃下干燥8h，所得固体在600 ℃下焙烧4h，即得催化剂前体A，其中Mo以元素计占催化剂前体A重量6wt%，Ni以元素计占催化剂前体A重量6wt%；将20g催化剂前体A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A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B；将催化剂前体B加入到含有11.19g钼酸铵的水溶液中，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，即制得以元素计质量占催化剂百分含量为25%Mo，0.7%Co，4.1% Ni，0.8%V的催化剂，记为C-6，催化剂中SiO₂的含量为32wt%，Al₂O₃的含量为23wt%。

对比例1

选用固定床渣油加氢工业装置的废加氢处理催化剂（MoCo/Al₂O₃），经过抽提去除催化剂表面上的油，于110℃干燥8 h，所得催化剂在450℃焙烧4h，得到处理后废催化剂（含Mo：12.8wt%，Co：2.3 wt%，V：2.5wt%，Ni：1.9 wt%，Al₂O₃：71.2 wt%），将催化剂研磨至200目（指通过200目筛），称取粉末重量100克，加入98 wt%浓硫酸260 mL，在50℃下恒温搅拌，使固体溶解，过滤收集滤液，向滤液中加入54.01g硝酸镍，搅拌溶解后，加入柠檬酸27.31g（柠檬酸与废剂中Mo的摩尔比为1），然后加入正硅酸乙酯381mL，控制体系pH值为4.0，在70℃下搅拌至生成凝胶，将凝胶在室温下老化8h，然后在110℃下干燥8h，所得固体在600 ℃下焙烧4h，即得催化剂前体A，其中Mo以元素计占催化剂前体A重量6wt%，Ni以元素计占催化剂前体A重量6wt%；将20g催化剂前体A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B；将催化剂前体B加入到含有11.19g钼酸铵的水溶液中，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，即制得以元素计质量占催化剂百分含量为25%Mo，0.7%Co，4.1% Ni，0.8%V的催化剂，记为D-1，催化剂中SiO₂的含量为32wt%，Al₂O₃的含量为23wt%。

对比例2

选用固定床渣油加氢工业装置的废加氢处理催化剂（MoCo/Al₂O₃），经过抽提去除催化剂表面上的油，于110℃干燥8 h，所得催化剂在450℃焙烧4h，得到处理后废催化剂（含Mo：12.8wt%，Co：2.3 wt%，V：2.5wt%，Ni：1.9 wt%，Al₂O₃：71.2 wt%），将催化剂研磨至200目（指通过200目筛），称取粉末重量100克，加入98 wt%浓硫酸260 mL，在50℃下恒温搅拌，使固体溶解，过滤收集滤液，向滤液中加入54.01g硝酸镍，搅拌溶解后，加入柠檬酸27.31g（柠檬酸与废剂中Mo的摩尔比为1），然后加入正硅酸乙酯381mL，控制体系pH值为4.0，在70℃下搅拌至生成凝胶，将凝胶在室温下老化8h，然后在110℃下干燥8h，所得固体在600 ℃下焙烧4h，即得催化剂前体A，其中Mo以元素计占催化剂前体A重量6wt%，Ni以元素计占催化剂前体A重量6wt%；将20g催化剂前体A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B；将催化剂前体B加入到含有11.19g钼酸铵的水溶液中，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，即制得以元素计质量占催化剂百分含量为25%Mo，0.7%Co，4.1% Ni，0.8%V的催化剂，记为D-2。

对比例3

选用固定床渣油加氢工业装置的废加氢处理催化剂（MoCo/Al₂O₃），经过抽提去除催化剂表面上的油，于110℃干燥8 h，所得催化剂在450℃焙烧4h，得到处理后废催化剂（含Mo：12.8wt%，Co：2.3 wt%，V：2.5wt%，Ni：1.9 wt%，Al₂O₃：71.2 wt%），将催化剂研磨至200目（指通过200目筛），称取粉末重量100克，加入98 wt%浓硫酸260 mL，在50℃下恒温搅拌，使固体溶解，过滤收集滤液，向滤液中加入54.01g硝酸镍，搅拌溶解后，加入柠檬酸27.31g（柠檬酸与废剂中Mo的摩尔比为1），然后加入正硅酸乙酯381mL，控制体系pH值为4.0，在70℃下搅拌至生成凝胶，将凝胶在室温下老化8h，然后在110℃下干燥8h，所得固体在600 ℃下焙烧4h，即得催化剂前体A，其中Mo以元素计占催化剂前体A重量6wt%，Ni以元素计占催化剂前体A重量6wt%；将20g催化剂前体A加入到含有11.19g钼酸铵的水溶液中，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，即制得以元素计质量占催化剂百分含量为25%Mo，0.7%Co，4.1% Ni，0.8%V的催化剂，记为D-3，催化剂中SiO₂的含量为32wt%，Al₂O₃的含量为23wt%。

表1 催化剂的反应性能

表2 催化剂的活性组分含量分布（wt%）

Claims (29)

1.一种合成气甲烷化制替代天然气的催化剂制备方法，所述催化剂包括活性组分、助剂和载体；所述活性组分为Mo，助剂为Ni、Co、V中的一种或几种；载体为氧化铝和氧化硅的复合氧化物；以催化剂中各元素质量占催化剂质量的百分比为基准，活性组分Mo的含量为15wt%～30wt%，助剂的含量为5wt%～10wt%，余量为载体；催化剂中SiO₂的含量为5wt%～50wt%，Al₂O₃的含量为15wt%～40wt%；所述催化剂的制备方法包括如下步骤：

（1）将废加氢处理催化剂抽提去除催化剂表面上的油，于80～150℃干燥后进行焙烧处理，所述焙烧温度为300~600℃，焙烧时间为 2～6h；

（2）将步骤（1）得到的废加氢处理催化剂研磨粉碎；

（3）向步骤（2）得到研磨粉碎后的废催化剂中加入强无机酸，溶解并经过滤后得到滤液；

（4）向步骤（3）得到的滤液中加入含Ni的前驱体，溶解后加入有机酸；

（5）向步骤（4）得到的溶液中加入硅源，并控制体系的pH值为3~5，在60℃~90℃下搅拌至生成凝胶；

（6）步骤（5）得到的凝胶，在室温下老化、再经过干燥、焙烧、成型，得到催化剂前体A；

（7）采用还原气氛对步骤（6）得到的催化剂前体A进行还原处理；

（8）将步骤（7）得到的还原后的催化剂前体A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；

（9）将步骤（8）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B；

（10）将活性组分前驱体溶于水中，得到溶液C，然后加入步骤（9）得到的催化剂前体B，经干燥、焙烧处理后，得到催化剂。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的废加氢处理催化剂是渣油加氢处理催化剂。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的废加氢处理催化剂是渣油加氢脱硫催化剂和/或渣油加氢脱金属催化剂。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的废加氢处理催化剂以氧化铝为载体，活性金属组分含Mo和Co。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（6）中所述的催化剂前体A中Mo的含量为3wt%~10wt%，Co的含量为1wt%~3wt%，V的含量为1wt%~3wt%，Ni的含量为3wt%~10wt%。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的废加氢处理催化剂研磨粉碎至120目以上。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的废加氢处理催化剂研磨粉碎至200目以上。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的强无机酸为浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸中的一种或多种。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的强无机酸为浓硫酸或者浓硝酸和浓盐酸组成的混合酸或者浓硝酸和浓硫酸组成的混合酸。

10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的强无机酸的浓度为30wt%～100wt%，其中浓盐酸的浓度在30wt%以上，浓硝酸的浓度在50wt%以上，浓硫酸的浓度在50wt%以上。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的强无机酸的加入量，使强无机酸与废加氢处理催化剂的体积比为1:1~1:10。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述废加氢处理催化剂溶解过程中需要加热，温度在40~80℃，溶解过程中需要强力搅拌。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述含Ni的前驱体为Ni的可溶性盐。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述含Ni的前驱体为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍。

15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述含Ni的前驱体为硝酸镍。

16.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述有机酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的一种或多种。

17.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述有机酸与废加氢处理催化剂中Mo的摩尔比为0.5~1.5。

18.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）中所述的硅源为正硅酸乙酯、硅溶胶中的一种或两种。

19.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（6）中所述的凝胶在室温下老化4~12h，然后在100~120℃下干燥5~10h，在500 ~700 ℃下焙烧2~6h。

20.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（7）中所述的还原气氛为氢气或者氢气与氮气的混合气体，所述混合气中氢气体积含量为10%～95%。

21.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（7）中所述的还原处理过程如下：氮气气氛下将催化剂前体A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处理4～8h后，在氮气气氛下降至室温。

22.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（8）中所述的多元醇是木糖醇、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%。

23.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（8）中所述的多元醇溶液与步骤（7）得到的还原后催化剂前体A的体积比为5～10。

24.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（10）中所述的活性组分前驱体为Mo的可溶性盐。

25.按照权利要求24所述的方法，其特征在于：步骤（10）中所述的活性组分前驱体为四钼酸铵、钼酸铵。

26.按照权利要求25所述的方法，其特征在于：步骤（10）中所述的活性组分前驱体为钼酸铵。

27.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（10）中所述溶液C中活性组分钼的浓度为0.5～3mol/L。

28.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（10）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。

29.按照权利要求28所述的方法，其特征在于：步骤（10）中所述干燥温度为80～120℃，干燥时间选为4～8h，所述焙烧温度为400～600℃，焙烧时间4～8h。