[发明专利]一种二氧化碳和水制甲烷催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二氧化碳和水制甲烷催化剂及其制备方法和应用，属于化工技术领域。该催化剂主要由金属单质和负载型镍基催化剂组成。金属单质包括Zn,Fe,Al,Mn,Ni,Co和Mg，镍基催化剂组成为Ni/C，其中C为载体，包含Al₂O₃,SiO₂,TiO₂,ZrO₂,CeO₂,La₂O₃。以催化剂总重量为基准，金属单质的质量百分数为20~90%，镍基催化剂的质量百分含量为10~80%。催化剂制备过程采用浸渍，溶胶凝胶，沉淀或沉淀沉积法，然后烘干、焙烧、还原即得催化剂。本发明的反应原料为二氧化碳和水，来源广泛，价格便宜，催化剂制备方法简单、易操作，成本低，具有一定的应用前景。催化剂主要应用于热催化，不是光催化，也不是电催化。

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及二氧化碳转化制甲烷，具体来说是提供一种用于固定床反应器中热催化二氧化碳和水制甲烷的催化新工艺及其制备方法和应用。

技术背景

CO₂是一种主要的温室气体，近年来，随着CO₂排放的增加，全球气候变暖加剧，引起了各国政府的高度重视。为了减少CO₂在大气中的浓度，如何限制CO₂的过量排放是一方面。另一方面如何将其快速转化也尤为重要，因此如何实现CO₂的有效利用受到越来越多的研究者的关注。

甲烷是一种优质、安全、高效、清洁的碳氢资源。近年来随着城镇化进程的加快及人民生活水平的提高，国内天然气生产不能完全满足市场需求，供需矛盾日益凸显，因此通过多途径，多方式发展合成天然气技术不仅可以有效地缓解我国对天然气的需求，而且具有良好的经济效益和环境效益。将CO₂催化转化成CH₄是CO₂再利用的重要途径之一，不仅可以解决CO₂的排放问题，而且可以合成新能源，实现CO₂的资源化利用。

传统意义上的CO₂甲烷化指的是CO₂直接加氢甲烷化，毎生成一分子甲烷需要消耗四分子的氢气，这样势必会消耗大量的氢气，而氢能因其清洁、高效、安全、可持续性等优点，被视为21世纪最有潜力的新能源。专利CN102091629 A、CN 101773833 A、CN 101757928A、CN 101773833 A等公开了这类CO₂直接加氢甲烷化催化剂。

目前二氧化碳和水反应制甲烷主要是通过光催化和电催化还原法来实现。这两种方法虽然取得了一定的研究进展，但仍然存在一些问题亟待解决。光催化由于量子收率低，催化效率不高；电催化需要在外加电场的条件下克服CO₂/CO₂^-的高氧化还原电位来进行，且这两类催化剂制备过程复杂，成本高，工业放大应用渺茫。

由此可见，开发用于热催化CO₂和H₂O反应制甲烷，对于减小催化剂制备成本，提高催化剂效率是十分有必要的。

发明内容

本发明以水替代氢，用于固定床热催化二氧化碳还原制取甲烷的反应，目的在于提供一种工艺简单、投资少、催化效率相对较高的二氧化碳和水还原制取甲烷的催化剂及其制备方法和应用。

本发明是采用如下技术方案来实现的：

一种二氧化碳和水制甲烷催化剂，所述的催化剂由金属单质和负载型镍基催化剂组成。

所述的金属单质为Zn, Fe, Al, Mn, Ni, Co, Mg中的一种或几种的混合，均可从市场直接购买，以金属元素计，金属单质在催化剂中的含量为20~90wt.%。