[发明专利]一种用于甲烷二氧化碳重整制合成气的Ni/Nd催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于甲烷二氧化碳重整制合成气的Ni/Nd催化剂，属于环境保护与资源综合利用领域，也属于天然气化工技术和催化剂制造工程技术领域。 

背景技术

煤炭、石油和天然气这三种化石资源仍然是当今世界能源的重要组成部分。其中，煤炭资源丰富，但煤炭中含有一定量的硫、磷、氟、氯、砷等成分，使得其在开采、使用过程中对地下水、大气和土壤等污染严重，限制了其广泛使用；自20世纪50年代起，世界进入了“石油时代”，石油在能源消耗总量中占据首位，这促使石油资源的日趋紧张及其价格的不断攀升；天然气清洁、廉价，在自然界中储量丰富，且天然气的主要成分甲烷是导致全球变暖的温室气体之一(它对温室效应的贡献约为4～9％)。因此合理的开发利用天然气成为技术开发热点之一。 

天然气除被用作居民生活用燃料、工业用燃料及替代石油成为汽车用燃料外，其主要成分甲烷也可以通过化学方法经由合成气(CO+H₂)高效地转化为具有高附加值的化工产品，如甲醇、烯烃、芳烃等。 

天然气(甲烷)制合成气有三种途径，分别是甲烷水蒸气重整、甲烷二氧化碳重整及甲烷部分氧化。其中，甲烷二氧化碳重整制合成气反应是以甲烷、二氧化碳这两种温室气体为原料制造合成气(CO和H₂的混合气)的过程，对于减小温室气体CO₂和CH₄的排放、缓解能源危机、保护生态环境等具有重大意义。 

很多文献(如Chemical Engineering Science，2004，59(22-23)：4861；Applied Catalysis A-General，2000，196(2)：L167)已披露，价格低廉的Ni基催化剂在甲烷二氧化碳重整制合成气反应中具有优异的初始催化活性，但在长时间的稳定性评价过程中易因积碳而失活。在International Journal of Hydrogen Energy上发表的文献报道(第36卷，7094页，2011年；作者：Jianqiang Zhu等人)，以中性SiO₂为载体的Ni/SiO₂催化剂在甲烷二氧化碳重整反应中活性低、催化剂易因积碳而失活，少量La的添加改性提高了Ni/SiO₂催化剂的初活性，但改性 后的Ni/La//SiO₂催化剂在长时间的稳定性评价过程中的活性显示出下降趋势。在Applied Catalysis A-General上的文献(第290卷，166页，2005年；作者：Nandini A等人)报道，K的添加改善了Ni/Al₂O₃催化剂在甲烷二氧化碳重整反应中的稳定性，但其催化活性却有所下降。中国专利(专利公开号为CN101637726)披露了以γ-Al₂O₃或NiAl₂O₄为载体，以Ni为活性组分，少量Pt为助剂的催化剂应用于甲烷二氧化碳重整反应中。然而，贵金属资源有限、昂贵的价格限制了其在工业上的广泛应用。 

在甲烷二氧化碳重整反应中的Ni基催化剂在长时间稳定性评价过程中易因积碳而失活。本发明采用Nd为助剂、以有序介孔SiO₂(SBA-15)为载体、通过β-环糊精改性的浸渍法制备了掺Nd的Ni催化剂，应用于甲烷二氧化碳重整制合成气反应中，提高了催化剂的活性和稳定性。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于甲烷二氧化碳重整制合成气的Ni/Nd催化剂。本发明提供的催化剂具有较强抗积碳性能、在甲烷二氧化碳重整反应中具有高的活性和较好的稳定性。 

本发明提供的用于甲烷二氧化碳重整反应的Ni/Nd催化剂，其特征在于：以Nd为助剂、Ni为活性组分、有序介孔二氧化硅(SBA-15)为载体，采用β-环糊精改性的浸渍法将Nd和Ni负载于载体上，制备得到Ni/Nd/SBA-15催化剂。使用本发明提供的Ni/Nd/SBA-15催化剂，可以从二氧化碳和甲烷有效地制造合成气，且在反应过程中显示出较好的抗积碳性能及催化稳定性。 

本发明涉及的Ni/Nd/SBA-15催化剂的制备方法和反应操作步骤如下： 

1.Ni/Nd/SBA-15催化剂的制备