[发明专利]一种负载型催化剂及其制备方法和应用以及甲烷干重整制合成气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及负载型催化剂的研究领域，具体地，涉及一种负载型催化剂、一种负载型催化剂的制备方法、由该方法制备得到的负载型催化剂、所述负载型催化剂在甲烷干重整反应中的应用以及甲烷干重整制合成气的方法。

背景技术

甲烷干重整反应以温室气体CH₄和CO₂为原料，制备具有较低H₂/CO比的合成气，非常适合作为费托合成制长链烃、氨合成、烷基化反应、甲醇合成等工业过程的原料。该过程不仅可以实现CO₂的资源化利用，更为甲烷的高效利用提供了一条有效途径。因此，若能实现该工艺的商业化应用，不仅对于缓解能源危机，改变某些化工产品的生产过程和原料路线具有重大的现实意义，而且对于减少温室气体的排放，减轻“温室效应”造成的对全球生态环境的破坏具有深远的历史意义。Ni基催化剂在甲烷干重整反应中表现出可以和贵金属相媲美的活性，但是催化剂存在着严重的因积碳和烧结而快速失活的问题，尤其是在高温反应过程中，催化剂中活性金属会不断迁移聚集而长大，导致催化剂活性不断降低并加剧积炭的发生。因此，如何能使催化剂中活性金属保持稳定，防止其在高温反应过程中发生迁移聚集并导致金属颗粒尺寸长大是制备高活性、高稳定性Ni基催化剂的关键。

为了制备具有稳定结构的Ni基催化剂，人们通常采用共沉淀方法来制备催化剂(Journal of Catalysis,249(2007)300)；Catalysis Today,45(1998)35)，这样可以使得活性金属Ni在整个催化剂体相空间内呈均匀分布，并 利用其它组分作为空间阻隔剂以防止活性金属在高温反应过程迁移聚集。但共沉淀方法操作步骤冗长，过程变量较多，催化剂重复性难以保证。相比较而言，浸渍法是一种较为简便的催化剂制备方法，也是工业上应用最为广泛的催化剂制备方法。但传统浸渍方法制备的催化剂活性金属分散度低，金属晶粒尺寸大，催化剂活性低、稳定性差。因此，开发一种高效且简便易行的催化剂势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中甲烷干重整催化剂的活性稳定性低和抗积炭性能差的缺陷，提供了一种具有高活性和稳定性以及良好的抗积炭性能的新的负载型催化剂及其制备方法和应用以及甲烷干重整制合成气的方法。

具体地，本发明提供了一种负载型催化剂，其中，所述催化剂含有载体以及负载在载体上的活性金属组分和助剂，其中，所述活性金属组分为Ni组分和/或Co组分，所述活性金属组分的分散度为6-15％。

本发明还提供了一种负载型催化剂的制备方法，该方法包括，在表面活性剂存在下，将浸渍溶液与载体接触，然后进行干燥和焙烧，其中，所述浸渍溶液中含有活性金属组分的可溶性化合物和助剂的可溶性化合物。

本发明还提供了由上述方法制得的负载型催化剂。

本发明还提供了所述负载型催化剂在甲烷干重整反应中的应用。

本发明还提供了一种甲烷干重整制合成气的方法，该方法包括在甲烷干重整制合成气条件下，将甲烷和二氧化碳与催化剂接触，其中，所述催化剂为本发明制备的上述负载型催化剂。

本发明提供的负载型催化剂和本发明提供的制备方法制得的负载型催化剂能够得到显著提高的活性金属组分的分散度和较小的活性金属晶粒尺 寸，从而大大提高了催化活性和稳定性以及抗积炭性能。本发明中的催化剂具有良好的性能的原因可能是：在催化剂制备过程中将活性金属与助剂以共浸渍的方式同时负载到载体上，通过高温处理使二者形成复合金属氧化物新物相结构，从而使得所制备的催化剂中活性金属分散度高、晶粒尺寸小，并且由于助剂的空间阻隔作用，可以有效防止活性金属组分在高温反应过程中的迁移聚集；从而保持其稳定性、高催化活性和抗积炭性能。从实施例1和对比例1的催化剂的反应性能对比图可以看出，本发明提供的催化剂能在超高空速下(120000ml·g^-1·h^-1)高活性地连续稳定运行超过1500小时不失活。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1所得的催化剂催化甲烷干重整反应的反应性能；

图2是对比例1所得的催化剂催化甲烷干重整反应的反应性能；

图3是对比例2所得的催化剂催化甲烷干重整反应的反应性能。

具体实施方式