[发明专利]一种钙钛矿负载镍基的甲烷化催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及甲烷化催化领域，具体地，本发明涉及一种钙钛矿负载镍基的合成气完全甲烷化催化剂及其制备方法。

背景技术

我国是一个“富煤、贫油、少气”的国家，长期以来，我国的一次能源消费结构中煤炭都占据着主要地位。但是，耗煤的80％左右通过燃烧直接转化，热能利用率低，同时排放大量污染物。因此，发展高效、低碳、洁净的煤炭资源利用技术具有十分重要的意义。煤制甲烷热能有效利用率较高，不仅有利于煤炭的高效洁净综合利用，也为我国天然气缺口的补充提供一条切实可行的途径。另外，我国的煤炭资源主要分布在新疆、内蒙古等边远地区，但是受到铁路公路系统运力和高额成本的限制，开发利用难度较大。近年来国家战略性地大力鼓励将这些煤炭资源就地转化为高品质的天然气，通过已有的或规划建设中的天然气管道进行输送。

煤通过气化可制得合成气，也可通过热解转化为热解气、焦油和半焦，这些合成气、热解气中均含有大量的CO和H₂，经过变换和净化等工艺后，通过甲烷化过程可以制备甲烷燃气。合成气甲烷化过程主要涉及如下反应：

CO+3H₂→CH₄+H₂O  ΔrHm＝-206kJ/mol

合成气甲烷化过程是一个气体分子数减少的反应，高压将有利于CH₄的生成；同时该反应为强放热反应，催化剂床层内的瞬时飞温，易导致甲烷化催化剂烧结而失去活性。此外，由于甲烷化反应本身很容易使催化剂因积碳和热烧结而快速失活，催化剂的抗积碳性能和耐高温性能将直接影响催化剂的寿命。含CO和H₂混合气甲烷化反应过程还包括其他多种副反应，甲烷化催化剂的选择性也是一个非常重要的参数指标。因此，开发一种催化活性高，并且能够在高温、高压下长时间稳定工作的甲烷化催化剂是合成气甲烷化工艺的关键因素之一。

尽管国内外关于甲烷化催化剂的研究已经相当多，有部分催化剂已经有了大规模工业项目或者示范项目的使用经验，但并不是所有的甲烷化催化剂都适用于煤制天然气项目。有相当数量的甲烷化催化剂主要用于净化合成氨工艺或者燃料电池原料气中的少量CO，防止催化剂中毒；在这些原料中，CO的浓度通常小于1％，甲烷化的负荷不大，与煤制天然气项目的情况完全不同。还有部分甲烷化催化剂是用于焦炉煤气的甲烷化，焦炉煤气中甲烷的含量很高(23％～27％(体积比))，CO的含量通常在5％～8％，甲烷化的负荷也比较小。另一种甲烷化催化剂是用于水煤气部分甲烷化制备城市燃气，通常不需要将水煤气中的CO完全甲烷化，只要达到城市燃气标准要求的热值和CO最高含量(通常是10％)即可，因此其对催化剂的要求与煤制天然气(要求产品气中甲烷含量大于95％)也是完全不同的。因此，开发新型的、具有实用意义的煤制天然气项目完全甲烷化催化剂具有重要的意义。