CN114345351B - 一种合成气甲烷化催化剂载体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合成气甲烷化催化剂载体的制备方法,属于催化技术领域。铝源、镁源和钙源按比例混合后加水进行捏合,捏合过程中通过滴加硝酸溶液调节pH=3~4;捏合后混合浆液呈溶胶状,溶胶静置24h,浆液面沉降小于10%;捏合后,取出物料,喷雾干燥,打片成型,惰性气氛下,分段焙烧至850℃~900℃,保温4~6h,自然冷却,形成催化剂载体。本发明原料易得,制备工艺简单、高效,占地空间小。负载活性组分后,催化剂具有良好的活性、耐高水汽性和耐高温性。

Description

一种合成气甲烷化催化剂载体的制备方法
技术领域
本发明属于催化技术领域,具体涉及到一种合成气甲烷化催化剂载体的制备方法。
背景技术
随着我国经济由劳动密集型向资本技术密集型转型,对环境友好的清洁能源要求越来越高,甲烷作为一种高效清洁能源,受到越来越多关注。甲烷作为一次清洁能源,消耗比例约占24.5%,远低于煤和石油。
我国能源分布特点是多煤少气,甲烷在一次能源中占比约为4%左右,低于世界占比的24.5%。近年来,随着“西气东输”、“陕气进京”等燃气输送工程的相继建成和投入使用,天然气的需求量呈现爆发式增加,缺口也越来越大。我国煤炭资源较丰富,拥有大量的褐煤,煤基合成气制甲烷是解决天然气供需不足的一条有效途径,十四五规划,煤制甲烷项目为煤化工领域的新经济增长点。
公开的专利中,甲烷化催化剂通常以Al2O3为载体,NiO为活性组分,如专利CN1043639A公开了一种以Al2O3为载体,镍为活性组分的,添加稀土金属或碱土金属,或碱土金属为助剂的催化剂,该催化剂载体需要经老化处理,浸渍活性组分,最后被烧得到催化剂。
中国专利号CN201310045850.9中提出一种以Al2O3为载体,化学共沉淀法制备的耐高温甲烷化催化剂,催化剂在制备过程中由于活性组分Ni与载体间的强相互作用生成大量的镍铝尖晶石,镍铝尖晶石结构稳定,难以还原,高温条件下催化剂活性衰减快,热点下移快。
中国专利号CN101391218A公开一种以镁铝尖晶石为载体的甲烷化催化剂,采用浸渍法负载活性组分Ni,但其适用温度为400℃,且CO含量较低的反应条件。
已报道的不同方法制备的甲烷化催化剂,在高温、高水汽,高一氧化碳含量等工艺条件下,均容易出现催化剂烧结和表面积碳等现象,催化剂活性下降快。催化剂制备过程中通常采用沉淀法制备载体,不易洗涤,生产周期长,难以形成规模化生产。
发明内容
鉴于上述催化剂制备出现的不足,本发明目的是提供一种甲烷化催化剂载体的制备方法。该方简单、原料易得,结构稳定,负载活性组分后,满足高温、高水汽工艺条件,催化剂稳定性好。
本发明提供如下技术方案:合成气甲烷化催化剂载体的制备方法,其特征在于,该载体主晶体结构为镁铝尖晶石,辅助铝酸钙为粘结剂,镁铝尖晶石含量92~96%,铝酸钙含量为4~8%;铝源、镁源、钙源捏合均匀,捏合过程中通过稀硝酸调节维持pH=3~4,保持浆液处于凝胶状;捏合后经喷雾干燥、打片、惰性气氛焙烧,得到载体片剂;所述载体总量为1,其中Al、Mg、Ca质量百分含量分别34.2%~36.5%,15.2%~15.8%,1.0%~2.0%,其余为氧。
一般地,所述铝源为氧化物或拟薄水铝石,镁源为硝酸盐,钙源为硝酸盐或碳酸盐。
所述按质量百分比称取原料,置于捏合机,加入去离子水,启动捏合机进行捏合。
所述连续捏合6~8h。
所述捏合过程中,通过滴加浓度为0.2mol/L~0.5mol/L硝酸调节浆液pH=3~4。
所述捏合后,混合浆液呈溶胶状,溶胶静置24h,浆液面沉降小于10%。
所述捏合后,取出物料,喷雾干燥,打片成型,惰性气氛下,分段焙烧至850℃~900℃,保温4~6h,自然冷却。
所述载体制备方法制备的载体,采用两次等体积浸渍法浸渍活性组分Ni,浸渍后洗涤、干燥、焙烧得到催化剂成品。
所述载体制备的催化剂在压力3.0Mpa、空速7000h-1~1000h-1,C/H比3.5~4.0,CO转化率大于94.2%。
本发明与现有技术相比有以下优点:
1.本发明制备的甲烷催化剂载体结构稳定,镁铝尖晶石具有稳定的结构,不易与Ni生成镍铝尖晶石;
2.载体负载活性组分后,在高水汽、高温条件下具有良好稳定型和活性;
3.载体负载活性组分后,适用于多种组分气体工艺条件使用,焦炉气制甲烷、大型煤制天然气等;
4.原料易得,制备工艺简单、高效,占地空间小,产能不受影响。
具体实施方式
为进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的“一种合成气甲烷化催化剂载体的制备”进行详细描述,但本发明并不局限于此。
实施例1
称取拟薄水铝石240g,硝酸镁136.5g,碳酸钙8.3g,置于捏合机,添加800mL去离子水,进行捏合,捏合过程中滴加0.2mol/L硝酸溶液,调节混合浆液酸碱性,维持pH=3~4,连续搅拌6h,静置60min。取出捏合浆液,喷雾干燥,打片成型,N2气氛条件下,先升温至120℃保温2h,再升温至450℃保温2h,再升温至900℃保温6h,自然冷却,得到催化剂载体。
实施例2
称取γ-Al2O3粉末180g,硝酸镁124.8g,碳酸钙8.6g,置于捏合机,添加800mL去离子水,进行捏合,捏合过程中滴加0.3mol/L硝酸溶液,调节混合浆液酸碱性,维持pH=3~4,连续搅拌6h,静置50min。取出捏合浆液,喷雾干燥,打片成型,N2气氛条件下,先升温至120℃保温2h,再升温至450℃保温2h,再升温至850℃保温4h,自然冷却,得到催化剂载体。
实施例3
称取拟薄水铝石240g,硝酸镁124.8g,硝酸钙9.1g,置于捏合机,添加800mL去离子水,进行捏合,捏合过程中滴加0.2mol/L硝酸溶液,调节混合浆液酸碱性,维持pH=3~4,连续搅拌6h,静置55min。取出捏合浆液,喷雾干燥,打片成型,N2气氛条件下,先升温至120℃保温2h,再升温至450℃保温2h,再升温至850℃保温6h,自然冷却,得到催化剂载体。
实施例4
称取γ-Al2O3粉末180g,硝酸镁124.8g,硝酸钙9.1g,置于捏合机,添加800mL去离子水,进行捏合,捏合过程中滴加0.5mol/L硝酸溶液,调节混合浆液酸碱性,维持pH=3~4,连续搅拌8h,静置60min。取出捏合浆液,喷雾干燥,打片成型,N2气氛条件下,先升温至120℃保温2h,再升温至450℃保温2h,再升温至900℃保温6h,自然冷却,得到催化剂载体。
实施例5
称取拟薄水铝石284g,硝酸镁148g,硝酸钙10.5g,置于捏合机添加1100mL去离子水,进行捏合,捏合过程中滴加0.5mol/L硝酸溶液,调节混合浆液酸碱性,维持pH=3~4,连续搅拌6h,静置55min。取出捏合浆液,喷雾干燥,打片成型,N2气氛条件下,先升温至120℃保温2h,再升温至450℃保温2h,再升温至850℃保温6h,自然冷却,得到催化剂载体。
实施例6
配置浓度为0.5g/mL的硝酸溶液,将实施案例1、2、3制得载体分两次等体积浸渍于硝酸镍溶液,浸渍6h后洗涤至中性,经120℃烘箱干燥12h,再经450℃马弗炉焙烧4h,得到NiO含量为21%的甲烷化催化剂。
将甲烷化催化剂1、2、3分别装填至固定床管式反应器中,原料气体积百分组成:H239.12%、CO 8.21%、CO2 1.25%、水蒸气含量15%,N2为平衡气。反应工艺条件:催化剂起活温度280℃,系统压力3.0Mpa,气体空速为7000h-1。热点温度620℃反应120h后,催化剂的活性保持良好, CO转化率96.4%以上,选择性95.8%以上,拆卸后催化剂没有出现烧结,颗粒保持完好,催化剂强度较高。
催化剂 空速(h-1 CO转化率(%) 甲烷选择性(%)
1 7000 97.5 96.6
2 7000 96.8 97.2
3 7000 96.4 95.8
实施例7
配置浓度为0.5g/mL的硝酸溶液,将实施案例4、5制得载体分两次等体积浸渍于硝酸镍溶液,浸渍6h后洗涤至中性,经120℃烘箱干燥12h,再经450℃马弗炉焙烧4h,得到NiO含量为21%的甲烷化催化剂。
将甲烷化催化剂4、5分别装填至固定床管式反应器中,原料气体积百分组成:H239.12%、CO 8.21%、CO2 1.25%、水蒸气含量15%,N2为平衡气。反应工艺条件:催化剂起活温度280℃,系统压力3.0Mpa,气体空速为10000h-1。热点温度620℃反应120h后,催化剂的活性保持良好,CO转化率94.3%以上,选择性95.2%以上,拆卸后催化剂没有出现烧结,颗粒保持完好,催化剂强度较高。
催化剂 空速(h-1 CO转化率(%) 甲烷选择性(%)
4 10000 95.2 95.2
5 10000 94.3 95.7

Claims (6)

1.一种合成气甲烷化催化剂载体的制备方法,其特征在于,该载体主晶体结构为镁铝尖晶石,辅助铝酸钙为粘结剂,镁铝尖晶石含量92~96%,铝酸钙含量为4~8%;铝源、镁源、钙源捏合均匀,捏合过程中通过滴加浓度为0.2mol/L~0.5mol/L硝酸调节浆液pH=3~4,保持混合浆液呈溶胶状,溶胶静置24h,浆液面沉降小于10%;捏合后经喷雾干燥、打片、惰性气氛焙烧,得到载体片剂;所述载体总量为1,其中Al、Mg、Ca质量百分含量分别34.2%~36.5%,15.2%~15.8%,1.0%~2.0%,其余为氧;
所述铝源为氧化物或拟薄水铝石,镁源为硝酸盐,钙源为硝酸盐或碳酸盐。
2.根据权利要求1所述载体的制备方法,其特征在于,按质量百分比称取原料,置于捏合机,加入去离子水,启动捏合机进行捏合。
3.根据权利要求2所述载体的制备方法,其特征在于,连续捏合6~8h。
4.根据权利要求1所述载体的制备方法,其特征在于,捏合后,取出物料,喷雾干燥,打片成型,惰性气氛下,分段焙烧至850℃~900℃,保温4~6h,自然冷却。
5.一种合成气甲烷化催化剂,其特征在于,采用权利要求1所述制备方法制备的载体,采用两次等体积浸渍法浸渍活性组分Ni,浸渍后洗涤、干燥、焙烧得到催化剂成品。
6.根据权利要求5所述合成气甲烷化催化剂的应用,其特征在于,制备的催化剂在压力3.0MPa、空速7000h-1~1000h-1,C/H比3.5~4.0,CO转化率大于94.2%。
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