[发明专利]一种催化部分氧化甲烷制合成气用氧载体

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于催化部分氧化甲烷制合成气用氧载体，属能源高效利用领域。

背景技术

利用固体氧载体中的晶格氧直接将甲烷部分氧化制合成气是近年来在天然气应用领域兴起的一种新型方法，该反应是一个气固反应。整个工艺可以分为两个过程，可分别在两个连通的反应器中进行。第一个过程在第一个反应器中进行，称为部分氧化室，在这个反应器中固体氧载体中的晶格氧将甲烷部分氧化制得一氧化碳和氢气，同时高价态的氧载体被还原成低价态的。第二个过程是氧载体的再生过程，在另一个反应器中进行，称为氧载体再生室，这个反应器中，被还原的低价态固体氧载体通过空气、水或二氧化碳再生，被氧化生成高价态的氧载体。被氧化的氧载体可再次输送至部分氧化室中与甲烷反应，达到氧载体循环使用的目的，这样就可以连续得到氢气与一氧化碳比为2.0的合成气，然后可将合成气转化为甲醇、氨、二甲醚、低碳混合醇、低碳烯烃等重要基础化工原料或合成液体燃料等，具有广阔的应用前景。该工艺整个过程中都没有气相氧气参与反应，避免了甲烷与气相氧气直接混合接触产生爆炸的危险，而且，氧载体再生过程所有的原料是廉价的空气、水或二氧化碳，可以大大降低成本。

该技术有如此多的优点，但目前该技术仍处于实验室研究阶段，其主要原因是因为尚未找到一种储氧量大、循环性能好的氧载体。因此研制一种能满足Redox循环的晶格氧氧载体，具有良好的氧化还原能力、结构稳定和循环使用性能是该工艺工业化亟待解决的关键问题之一。通过实验研究，本专利申请者前期已确定一种用于甲烷催化部分氧化制合成气的复合氧载体，一定配比的铈铁锆金属复合氧化物在催化部分氧化甲烷过程中具有优良的性能和很好的热稳定性，但单纯使用其作为催化剂，价格较为昂贵，成本较高，在放大的工业化生产中不现实。因此，本发明在前期工作的基础上研制添加不同载体的复合金属氧化物氧载体。

发明内容

本发明的目的是提供一种以Al₂O₃、MgO和SiO₂为载体的的铈铁锆基复合氧载体材料，用于部分氧化过程中所需氧的传递。本发明采用三种常见的、价格低廉的氧化物作为载体，将一配比的铈铁锆与载体通过共沉淀法和溶胶凝胶法混合，制得不同载体的铈铁锆复合金属氧化物载体。这种载体能够提高氧载体的储放氧能力和循环性能，可以在显著降低成本的同时，提高燃料燃烧的效率，达到改性的目的，且易于在放大化的生产中使用，其中MgO为碱性氧化物，Al₂O₃为中性氧化物，SiO₂为酸性氧化物。

本发明催化部分氧化甲烷制合成气用氧载体的技术方案是：该氧载体是以Al₂O₃、MgO和SiO₂为载体的铈铁锆基复合氧载体材料，成分为：硝酸铈、硝酸铁、硝酸锆的比例为：n_Ce∶n_Fe∶n_Zr＝7∶3∶0.5，CeO₂、Fe₂O₃、ZrO₂三者质量占需制备的氧载体总质量的百分比X，5％≤X≤50％，并通过共沉淀法或溶胶凝胶法混合制得。