[发明专利]甲烷化催化剂及其制备工艺和甲烷化反应装置

说明书

 

技术领域

本发明属于化工新工艺技术和新能源开发领域，具体涉及一种甲烷化催化剂及其制备工艺和用于该催化剂的甲烷化反应装置。

 

背景技术

天然气是一种高效、优质的清洁燃料，近年来世界需求增长迅速。有研究显示，从2000到2009年，中国天然气消费量年均增长率近16%，2009年已经达到887亿立方米，同期产量的年均增长率约13%。但中国天然气资源短缺，制约了天然气生产和应用，一年一度的“气荒”对经济发展也产生了负面的影响。2009年仅中国天然气进口量达78亿立方米，对外依存度超过8%；2010年天然气缺口将达300亿立方米，对外依存度升至13%左右；2015年将达到30%，2020年将达到50%左右。利用生物质和城市有机垃圾气化制合成天然气(SNG)，不仅可以解决农业副产物秸秆的利用问题，为农业产业增加附加值，同时也将大大减少温室气体排放，并且一般农业产业的副产物，生物质距城市较近，把生物质和城市垃圾共同气化，不仅解决了城市垃圾围城问题，同时也可就地供应居民需要的天然气，达到能源分散供应的目的。 

    立足于可再生能源的角度，通过生物质和有机垃圾的气化，生成含有甲烷的合成气，再经过净化处理，调节气化产物中的H₂/CO比，使得其适合于加氢反应，再进一步甲烷化，得到所需要的天然气，这些天然气可以就地进入当地的燃气管网，从而达到就地利用，减少温室气体排放的目的。目前关于生物质和生活有机垃圾气化的多采用空气部分氧化气化，所得到的气化产物中二氧化碳和惰性气体含量高，所得燃气热值低，惰性气体不易分离，没法达到燃气标准。这类专利包括 CN 101928607 A 、20101229，其中采用高低温四层循环，从而减少焦油的产生。但是采用部分氧化气化使得所得气化中还含有大量的氮气稀释。

甲烷化过程是一个强放热反应，一般的反应器难以及时把产生的热量传出去，因此，容易在反应器内产生高温，容易引起催化剂烧结失活， 并引起安全事故。因此，目前的许多专利多采用分段甲烷化，气体循环法，如CN101649233A，即不断使用循环气稀释合成气，反应热被稀释气体及时带走， 从而保证反应器在甲烷化过程中不致失控。CN101775319报道了一种煤制天然气的工艺和装置，其中要求用于甲烷化的合成气的组成为(H₂-3CO)/CO₂=4后，送入甲烷化反应器进行SNG的合成。该专利的装置包括煤气化，耐硫变换，净化工序和甲烷化工序。 他们在甲烷化反应器中采用水冷式列管结构，将反应热移走，避免催化剂过热。而移出的热量附产中高压蒸汽来驱动压缩机等。天然气直接供应城市居民作为城市煤气管网。但是该方法对催化剂甲烷化催化剂没有任何研究描述，而且水冷列管在高温状态下，水在冷却列管中气化，冷却设备受到大而多变的热负荷冲击，容易产生循环脉动，甚至可能出现膜态沸腾，使冷却设备过热而烧毁，换热过程难于控制。采用该间壁式换热，换热管内外温差较大，热流密度高，管内外的流速均较高，存在流体的冲刷与磨损，一旦出现漏点，整个换热系统内的水将全部泄漏到反应器中，出现事故状态，造成巨大的损失；同时，采用水冷式列管结构的甲烷化设备存在一定的安全隐患。

 

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种甲烷化催化剂。

本发明的另一目的在于提供一种甲烷化催化剂的制备方法。

本发明的又一目的在于提供一种用于本发明甲烷化催化剂的甲烷化反应装置。

为实现上述目的，本发明所采用在技术方案如下：

一种甲烷化催化剂，包括以下以质量百分比计的组分：活性成分镍化物：10%-60%，助剂：0-5wt%，余量为载体和成型粘结剂。

所述镍化物为硝酸镍，碳酸镍，镍金属粉，硫酸镍，醋酸镍，柠檬酸镍，氢氧化镍，氧化镍，草酸镍，氯化镍中的一种或两种以上混合。

本发明助剂选择的原则是所选的助剂是可以和活性组分镍化物在同一溶液体系中形成稳定的溶液的化合物，可采用Ⅷ族元素，如钴、铁、稀土化合物或者是碱金属或碱土金属化合物；优选的，所述助剂为锆、铈、镧、钼、钨、钾、钙、钠、镁、硅、磷、钛、锶、钡、钒、 铌、钽、锌及铜水溶性化合物中的一种或两种以上混合；本发明中添加助剂的目的在于抑制活性组分沉淀颗粒的进一步长大。

所述载体为氧化铝、氧化硅、铝酸钙、分子筛材料中的一种或两种以上混合，这些载体的比表面积较高，其目的在于提高催化剂的比表面。