[发明专利]用于甲烷部分氧化制合成气Ni基催化剂的载体

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于甲烷部分氧化制合成气(CO和H₂的混合气)的方法，属于天然气化工技术领域。

背景技术

天然气是当今世界三大化石能源/资源(煤、天然气、石油)之一。相对于石油，我国有储量相对丰富的天然气和煤层气资源。天然气的主要成份为甲烷，在煤层气和油田气中也有相当高比例的甲烷。甲烷是一种优质、清洁能源和碳氢资源(污染小、H/C比高达4/1)。天然气(甲烷)除了作为燃料直接燃烧及发电外，还可以通过化学转化的方法经合成气(CO+H₂)高效地转化为高品质液体燃料(如柴油等，不含氮、硫、重金属和芳烃等)和氢气以及其他高附加值的化学品。

天然气(甲烷)转化为合成气的途径有甲烷水蒸汽重整、甲烷部分氧化和甲烷二氧化碳重整。甲烷水蒸汽重整是传统的、已经工业化的方法，但该反应为强吸热反应(ΔH^o_298K＝206KJ/mol)，需外界提供大量能量，能耗大、能量利用率低。甲烷二氧化碳重整也是一个强吸热反应(ΔH^o_298K＝247KJ/mol)，能耗费用仍然很高。甲烷部分氧化是一温和的放热反应(ΔH^o_298K＝-36KJ/mol)，在降低能耗上具有优势，反应速度快(可在高空速下进行反应)，单位时间内合成气产率高，H₂/CO＝2/1的合成气适合于F-T过程。许多文献(如Catalysis Today，42(1998)183；Angew.Chem.Int.Ed.，47(2008)1828)已披露，传统的Ni基催化剂对甲烷部分氧化制合成气具有较高的初活性，但存在催化剂在高温下易烧结、反应中积炭、从而引起催化剂失活的问题。在期刊Journal of Catalysis上发表的文献(88卷，第54页，1984年；作者：Gavalasa G等人)报道了使用NiO/α-Al₂O₃和NiO/ZrO₂催化剂进行甲烷部分氧化制合成气的方法；在期刊Catalysis Letters上发表的文献(15卷，第363页，1992年；作者：Choudhary V等人)以及在期刊Journal of Catalysis上发表的文献(179卷，第292页，1998年；作者：TsipouriariV等人)报道了使用CaO或La₂O₃为载体，以NiO为活性组分的催化剂进行甲烷部分氧化制合成气的方法。中国专利(2007100574307号)披露了以Mg-Al-Ce-Zr-O复合氧化物为载体，以NiO为活性组分的催化剂用于甲烷部分氧化制合成气的方法。但是，在甲烷部分氧化制合成气反应中使用Ni基催化剂，由于仍存在着Ni颗粒长大和积炭而造成催化剂失活等问题，制约了Ni基催化剂的工业应用。

甲烷部分氧化制合成气反应一般在700～800℃下进行，催化剂表面容易产生局部高温过热、容易使得Ni颗粒烧结长大，导致积碳失活。本发明采用高导热性耐高温的氮化铝(AlN)与γ-氧化铝(γ-Al₂O₃)的混合物：γ-氧化铝-氮化铝(γ-Al₂O₃-AlN)作为载体、制备Ni/γ-Al₂O₃-AlN催化剂，应用于甲烷部分氧化制合成气反应，可以防止催化剂表面局部高温过热，缓解Ni颗粒烧结长大，从而减少积碳、提高Ni基催化剂的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种甲烷部分氧化制合成气Ni基催化剂的高导热性耐高温载体及其制备方法，以提高Ni基催化剂在甲烷部分氧化反应中的抗积碳性和抗烧结性，从而提高催化剂的稳定性。