[发明专利]甲烷干重整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

本发明涉及甲烷干重整催化剂领域，公开了一种甲烷干重整催化剂以及制备方法及其应用和甲烷干重整制合成气的方法，该催化剂包括载体以及负载在载体上的第一活性金属组分和第二活性金属组分，所述第二活性金属组分选自贵金属中的至少一种，其中，该催化剂经过700℃还原3小时后，所述第一活性金属组分的还原度为85‑100％，所述第一活性金属组分的颗粒平均粒径为1‑15nm。本发明所提供的催化剂在较低活化温度下具有较高还原度，其制备方法工艺简单，设备投资及能耗低，并且以本发明方法所制备的催化剂在甲烷干重整反应中表现出了超高的活性和抗积炭性能，催化剂在高空速下连续稳定运行超过1700个小时不失活。

技术领域

本发明涉及甲烷干重整催化剂的制备领域，具体地，涉及一种甲烷干重整催化剂、一种甲烷干重整催化剂的制备方法、由该方法制备得到的甲烷干重整催化剂、所述甲烷干重整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。贵金属催化剂虽然具有较高的活性和抗积碳性能，但其资源有限，价格昂贵，那一实现大规模工业应用。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催化反应活性，因而是在甲烷干重整催化剂开发的首选。但是Ni基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，通过高温焙烧使金属向载体内部扩散，可以有效防止金属颗粒的迁移长大，但随之而来又会带来金属还原温度升高导致金属有效利用率降低的问题。因此，开发具有较高活性和稳定性的甲烷干重整催化剂仍然是这一领域研究的关键。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中甲烷干重整催化剂的活化温度高、活性低、稳定性低和抗积炭性能差的缺陷，提供了一种具有低活化温度、高活性和稳定性以及良好的抗积炭性能的新的甲烷干重整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，本发明提供了一种甲烷干重整催化剂，其中，该催化剂包括载体以及负载在载体上的第一活性金属组分和第二活性金属组分，所述第一活性金属组分为钴和/或镍，所述第二活性金属组分选自贵金属中的至少一种，其中，该催化剂经过700℃还原3小时后，所述第一活性金属组分的还原度为85-100％，所述第一活性金属组分的颗粒平均粒径为1-15nm。

本发明还提供了一种甲烷干重整催化剂的制备方法，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第一活性金属组分的可溶性化合物与第二活性金属组分的可溶性化合物，所述第一活性金属组分为钴和/或镍，所述第二活性金属组分选自贵金属中的至少一种。

本发明还提供了由上述方法制得的甲烷干重整催化剂。

本发明还提供了所述甲烷干重整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甲烷干重整催化剂。