[发明专利]甲烷化催化剂

说明书

本发明涉及包含分散在多孔二氧化硅基质中的镍粒子的催化剂用于催化甲烷化反应的用途。还描述了使至少包含气体一氧化碳和氢气的原料甲烷化的方法，所述方法包括使所述原料与所述催化剂接触。

通过交叉引用结合

本申请要求新加坡专利申请SG 201302358-5的优先权，其全部内容通过交叉引用结合到本文中。

领域

本发明涉及甲烷化催化剂。

背景

代用天然气可使用来自煤/生物质气化工艺的流出物通过镍催化的甲烷化反应来生产。然而，硫化合物可使镍催化剂严重中毒且因为硫是大部分煤供应品的成分而在流出物中常常不可避免(通常高达5000ppm)。当镍被固定在氧化铝底材上以便作为催化剂使用时，在使其进入甲烷化器之前必须除去在进料气体中包含的基本上所有的硫。具体而言，必须将进料气体的硫含量降到小于约0.1ppm的水平，因为如果硫以任何更高的浓度存在，则会使镍催化剂中毒。除去硫以将其降到0.1ppm的气体清洁过程带来另外的资本和加工成本。因此，需要具有比Ni/Al₂O₃高的硫容许限度的镍催化剂，从而使代用天然气生产的成本减至最小。

本发明的一个目的为至少部分地满足上述需要。

发明概述

在本发明的第一方面，提供了一种催化剂，其包含镍粒子，该镍粒子用于催化甲烷化反应时，分散在多孔二氧化硅基质中。

本发明还涵盖包含分散在多孔二氧化硅基质中的镍粒子的催化剂用于催化甲烷化反应的用途。

以下选项可结合第一方面单个地或以任何合适组合使用。

所述催化剂的多孔二氧化硅基质可具有直径为约1-约100nm的孔。所述镍粒子可包含氧化镍粒子。在包含氢气的气氛下还原之前，氧化镍粒子可具有约2-约10nm的平均粒径。所述镍粒子可包含金属镍粒子。金属镍粒子可具有约2-约10nm的平均粒径。所述催化剂可为颗粒。所述催化剂可具有片状结构。所述催化剂粒子可具有至少约10的纵横比，其中所述纵横比是指片状结构的片的长度与厚度的比率。

所述催化剂可包含分散在其中的多个镍粒子，其中所述镍粒子可为金属镍粒子。

所述催化剂可具有至少约200m²/g的BET表面积。其可具有约200-约1000m²/g的BET表面积。所述催化剂可为多孔的。所述催化剂和/或所述二氧化硅基质的孔可从二氧化硅基质的外表面连续地延伸到镍的外表面。这可使反应物或其他物类渗透二氧化硅基质到达镍的表面。

所述催化剂可包含约16重量%-约63重量%的金属镍。所述催化剂可包含约20重量%-约80重量%的氧化镍。在包含氢气的气氛下还原之前，所述催化剂可包含约20重量%-约80重量%的氧化镍。所述催化剂可具有约50-约160m²/g Ni的活性镍表面积。术语“活性镍表面积”是指在氧化镍已经被还原之后镍的面积且因此氢气或反应气体能到达。术语“金属镍”是指以其元素状态的镍(即，Ni(0))。

在一个实施方案中，提供了一种催化剂，当用于催化甲烷化反应时，所述催化剂包含分散在多孔二氧化硅基质中的多个金属镍粒子，其中所述多孔二氧化硅基质具有从所述二氧化硅基质的外表面连续地延伸到所述镍的外表面的孔。

在另一实施方案中，提供了一种催化剂，当用于催化甲烷化反应时，所述催化剂包含分散在多孔二氧化硅基质中的多个金属镍粒子，其中所述多孔二氧化硅基质或所述催化剂具有至少约200m²/g的BET表面积。

在另一实施方案中，提供了一种催化剂，当用于催化甲烷化反应时，所述催化剂包含分散在多孔二氧化硅基质中的多个金属镍粒子，其中所述催化剂包含约13-63重量%的镍且具有约50-约160m²/g Ni的活性镍表面积。