[发明专利]一种甲烷化催化剂、其制备方法及利用其制备甲烷的方法

说明书

本发明提供了一种甲烷化催化剂、其制备方法及利用其制备甲烷的方法，所述甲烷化催化剂通过将金属杂原子掺杂的镍铝水滑石直接还原得到，所述金属杂原子通过取代镍铝水滑石晶格中的镍原子掺杂到镍铝水滑石中，所述金属杂原子和镍原子的原子半径比介于0.75～1.6之间且氧化态为+2价及以上；本发明得到的甲烷化反应催化剂具有较高的比表面积、渗透率和孔体积，起活温度在220～230℃之间，在270～280℃间对CO的转化率即能够达到100％，对于CH₄的选择性能够达到97％，产品催化效果稳定，使用寿命较长，其催化活性、稳定性和耐积碳特性均显著优于现有商业化催化剂。

技术领域

本发明涉及化工催化剂领域，尤其涉及一种甲烷化催化剂、其制备方法及利用其制备甲烷的方法。

背景技术

目前，我国正着力发展煤炭高效洁净综合利用技术，构建以煤的热解、气化、燃烧、发电、合成为核心的清洁能源高效综合利用工艺和系统集成，其中，原料煤可以通过热解转化为热解气、焦油与半焦，热解气可以通过分离或者转化技术制取CH₄和H₂，焦油可以通过分离与加氢生产化学品和油品，原料煤也可以通过气化生产合成气(主要成分为CO和H₂)，再进一步转化为甲烷或其他化学品，此外，目前炼焦行业中产生的焦炉煤气(主要含大量CO，CO₂和H₂)大部分未合理充分利用，上述三类煤制气体均富含CO和H₂，可以通过合成气甲烷化过程来制备甲烷燃气，即代用天然气，代用天然气的生产有利于高效利用我国丰富的煤炭资源，减少对于油田采集天然气的依赖。

煤制天然气的核心为甲烷化反应，其反应表达式主要为：CO+3H₂→CH₄+H₂O，CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O，甲烷化反应为强放热反应，高浓度的合成气甲烷化，产生大量的反应热，会使得催化剂床层瞬间超温，容易导致催化剂因烧结而失活。鉴于此，工业上常采用产品气循环和多级反应器相结合的工艺来控制催化剂床层的温度，而反应器的进口温度必须高于催化剂的起活温度，降低甲烷化催化剂的起活温度，可以有效降低气体循环量，进而节约运行成本。

镍基催化剂因催化活性高且成本较低，是目前工业上常用的甲烷化催化剂。现有技术中公开的镍基催化剂一般是以氧化铝为载体，通过向其中添加不同的助剂，同时采用浸渍法或共沉淀等方法来制备得到不同系列的负载型甲烷化催化剂，此类催化剂在合成气甲烷化反应中的起活温度一般为300℃左右，在近400℃左右才能达到99％以上的CO转化率，因此，开发低温下具有高活性的新型镍基催化剂具有重要的意义。