[发明专利]一种煤制天然气催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于甲烷化催化剂技术领域，特别涉及一种新型的煤制天然气催化剂及其制备方法。

背景技术

天然气具有高效，洁净，传输方便的特征，是一种较理想的清洁能源，然而中国是一个富煤，少油，贫气的国家，目前中国一次消费能源中，天然气仅占3%，但市场对天然气的需求快速增长，我国天然气供求矛盾的问题，除了立足国内现有资源外，还必须多渠道、多方式扩大资源供给，满足日益增长的市场需求。煤制天然气具有能源转换效率高、耗水量低等优势，因此解决未来天然气的需求，利用我国丰富的煤炭资源，积极发展煤制人工天然气，在能源安全、节能减排方面具有战略意义。

近年来我国天然气产量、消费量迅速增长，并已显示出继续增长的巨大潜力。目前，天然气利用领域主要包括城市燃气、工业燃料、天然气发电和天然气化工。随着我国城市化进程的加快和环境保护力度的提高，我国天然气消费结构逐渐由化工和工业燃料为主向多元化消费结构转变。世界能源消费结构中，天然气消费占能源消耗总量的24.1%，而我国能源消费结构中天然气的比重只有4%，“十二五”期间将鼓励以气代油，促进天然气产业发展，使目前天然气在我国能源消费结构中的比重由4%提高到8%。

在合成氨系统中，甲烷化催化剂被用于低浓度碳氧化物的加氢甲烷化反应中，此工艺已比较成熟，其针对的碳氧化物的含量，在合成氨仅占﹤1%，放出的反应热较少，而煤制合成天然气需处理的碳氧化物的含量在10%～30%，其含量相当高，甲烷化反应量大，反应绝热温升很大，对合成天然气催化剂的耐热、耐高温性能有较高的要求。目前，国内煤制天然气还没有大规模的生产运行，其甲烷化催化剂正处于研发阶段，普遍存在的问题是催化剂的耐热温度低，热稳定性能差，很难满足生产工艺的要求。

中国专利CN89105365.4（含稀土甲烷化催化剂）说明书中记载了“含稀土甲烷化催化剂用于脱除氯厂或制氢装置工艺中少量的碳氧化物，是镍铝系催化剂中加入镧或富镧混合稀土作为主要促进剂，MgO为第二促进剂，采用镍与稀土共沉淀的制备方法”，虽然在温度750℃条件下耐热后表现出好的性能，但根据该专利中内容可以得知，其在温度750℃条件下耐热是暂时的体现。同时，脱除氯厂或制氢装置工艺中碳氧化物含量一般只为0.5%左右，当气体中需处理的碳氧化物的含量是高浓度时，比如上面提到的10%～30%时，此催化剂不能使用，或活性容易失去，催化效率低。

中国专利CN201110420364.1（一种煤制天然气的催化剂及其制备方法）说明书中记载了“氧化铝为载体，镍为主要活性组分，稀土为助剂。主要组分的质量百分含量分别为：NiO 20%～40%，La₂O₃ 10%～20%，Al₂O₃ 40%～60%，石墨3%～10%，煤制天然气的催化剂制备方法包括沉淀反应制得催化剂半成品、干燥、煅烧及压制成型步骤”，该专利中催化剂具有强度高，活性好，热稳定性好，抗碳性佳，良好的耐高温性能。但依然存在长期高温条件下烧结现象，不能满足系统的需要的技术问题。并且煤制天然气过程中，可能会有温度暂时突然上升，比如上升到750-800℃时持续些时间后又降为正常温度，这种突然升温现象易使催化剂加剧烧结失活、积碳等，影响催化剂寿命。

发明内容

为解决以上的技术问题，本发明提供一种适用于高温条件下反应的新型煤制天然气的催化剂，该催化剂具有强度高、活性好、热稳定性好、抗碳性佳等特点，同时具有变换和抗氧化等性能，可应用于500-800℃高温条件下反应。

解决以上技术问题的本发明中的一种新型煤制天然气的催化剂，其特征在于：所述催化剂由以下质量百分比的组份和用量组成：活性物质NiO 10～35%，载体Al₂O₃ 20～47%，助剂8-40%，粘合剂15～30%，石墨3～6%，水8～13%。，助剂为La₂O₃、Mn₂O₃或 ZrO₂两种或两种以上。

优化方案中所述催化剂由以下质量百分比的组份和用量组成：活性物质NiO 10～35%，载体Al₂O₃ 20～47%，助剂La₂O₃2～21%和ZrO₂6～19%，粘合剂15～30%，石墨3～6%，水8%～13%。