CN85103556A - 低水碳比气态烃转化催化剂及其制造和用途 - Google Patents

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吴且毅
李培琛
申文杰
刘锦祥
刘春山
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Abstract

一种将气态烃转化成富氢和一氧化碳气体用的转化催化剂。适合在较低的水蒸汽/烃(体积)比下使用，从而大大降低蒸汽消耗量。这种催化剂以镍为活性组份，氧化铝为载体，轻稀土化合物为助催化剂。其中氧化铝含量为60～80％(重量计)，氧化镍含量为5～30％(重量计)，轻稀土化合物为0.5～20％(重量计)，最好为1～10％(重量计)。在制备催化剂过程中，轻稀土化合物采用于混和浸渍相结合的方式加入。

Description

本发明是关于一种将气态烃转化成富氢和一氧化碳气体的催化剂。
以天然气为原料的合成氨和制氢装置的一段转化，采用的水蒸汽/烃（体积比）一般都大大高于热力学最小水蒸汽/烃（体积比）。原因之一是由于所用的催化剂抗结碳性能差，在低水碳比下操作会发生结碳，严重时会使催化剂粉碎，堵塞管道，使一段炉操作无法进行。但是高的水蒸汽/烃（体积）比势必会增加蒸汽用量。
当采用较高级烃为原料时，一段转化过程中结碳问题尤其严重，因而采用的水蒸汽/烃（体积）比就更高，消耗的蒸汽就更多。
本发明的目的在于提供一种催化剂。该催化剂用于以气态烃为原料的一段转化过程，可以大大降低水蒸汽/烃（体积）比值，一般可降至2～3，从而显著的降低蒸汽消耗量。当原料气中含高碳组份较多时，基本上避免了碳的生成。
根据图1所示流程制造本发明催化剂。
制作载体的含铝物料（1）和轻稀土化合物（3）先经球磨（2A）成一定细度的粉料，再到（2B）成型为一定形状的载体，然后在（2C）中烧结为具有一定孔结构及强度的载体。接着镍盐溶液（4）轻稀土化合物（3）一起经（2D）浸入载体。浸好的催化剂经（2E）分解煅烧成最后的产品（5）。
载体在（2C）中的烧结温度一般为1000℃～1500℃，时间2～8小时。催化剂最后分解煅烧温度在300℃～900℃的范围，时间2～6小时。
本专利轻稀土化合物的加入方式兼有干混和浸渍二者的优点，这样使催化剂的活性稳定性和抗碳性均可提高。
按照本专利制备的催化剂含有活性金属镍。其含量以重量百分率计NiO在5～30%，最好为10～20%。
催化剂中第二种组份为助催化剂。碱金属或碱土金属的氧化物或其盐类均可，而加入轻稀土化合物或其化合物的混合物最好。其加入量为0.5～20%（重量计），最好为1～10%（重量计）。
催化剂中第三种组份是机械强度高，抗蒸汽、耐高温的多孔性耐火材料。催化剂所用的耐火材料可以是各种难还原的氧化物，如铝酸钙、氧化镁、氧化铝，以及以上各种物质混合物。最好采用氧化铝，其含量在60～85%（重量计）。
催化剂的化学组成由表1给出：
表1
Figure 85103556_IMG1
A：工业上用标准催化剂
B：本发明的催化剂。
以下标明的各种实例仅仅表明本专利发明的催化剂与工业上应用的标准蒸汽转化催化剂的性能对比，以显示出本专利发明的催化剂的优越性。
实例1的测定条件：
压力：1个气压（绝压）
原料：天然气    催化剂粒度：0.3～0.4mm
装量：2毫升
实例1低水碳比试验结果
Figure 85103556_IMG2
A：工业上用标准催化剂
B：用本专利制造的催化剂
由表1数据表明，虽然转化原料的天然气是分子量最小的烃类，在转化过程中不易结碳，但标准的工业转化催化剂A运转后含碳量仍有增高，反之，本专利发明的催化剂运转后含碳量在减小。
实例2的测定条件如下：
压力：31公斤/厘米2（绝压）
反应温度：600℃ 空速：1×104时-1
催化剂粒度：整颗粒，原料：天然气
反应采用内循环无梯度反应器
实例2    不同低水碳比试验结果
γg-单位重量催化剂的反应速度（克分子甲烷/时·克催化剂）
γf-单位表面催化剂的反应速度（克分子甲烷/时·厘米催化剂）
γv-单位体积催化剂的反应速度（克分子甲烷/时·厘米3催化剂）
由实例2的数据表明，本专利发明的催化剂比标准的工业转化催化剂有更高的活性。由于转化气中氢含量高，就有利于抑制生成碳的反应，故本专利的催化剂B显示出比标准工业转化催化剂A有更好的抗结碳性能。
实例3的测定条件：
原料气组份：（体积%）
C1C2C3C4C5
～3%    ～2%    35%    55%    5%
温度：600℃ 空速：1×104时-1
H2O/C＝4（克分子比）
压力：1大气压（绝压），催化剂粒度：2.5～3mm
装量：4毫升
实例3    以含高碳的气体为原料的试验结果
由实例3数据表明，当转化气含高级烃原料时，即使水蒸汽/碳比达4.0，运转后标准的工业转化催化剂明显的结碳;与此相反，本发明的催化剂B在同样的条件下没有碳沉积，显出优良的抗结碳性能。

Claims (5)

1、一种以镍为活性组份，氧化铝为载体的转化催化剂，其中氧化铝含量为60～80%(重量计)，氧化镍含量为5～30%(重量计)，其特征是添加轻稀土元素化合物作为催化剂助剂，其含量为0.5～20%(重量计)。
2、按权利要求1的催化剂，其特征是轻稀土化合物的含量为1～10%（重量计）。
3、按权利要求1的催化剂的制造方法，其特征是先将轻稀土化合物混入载体，随后再用含轻稀土化合物的可溶性盐溶液浸渍载体。
4、按权利要求1的催化剂的用途用于将气态烃转化成富氢和一氧化碳的蒸汽转化过程，其特征是转化过程中水蒸汽/烃（体积）之比值可以降低。
5、按权利要求4的催化剂用途，其特征是水蒸汽/烃（体积比）可降至2～3。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1043965C (zh) * 1993-03-17 1999-07-07 天津大学 含稀土的重油制城市煤气催化剂
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CN104528646A (zh) * 2014-11-05 2015-04-22 朱忠良 一种合成氨工业中天然气一段转化绝热低温反应工艺

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