[发明专利]高分散纳米镍基催化剂、及其盐助燃烧制备法和应用

说明书

本发明公开了一种高分散纳米镍基催化剂、及其盐助燃烧制备法和应用，属于催化剂技术领域，涉及镍基催化剂。一种高分散纳米镍基催化剂，按质量百分比计，其组成为：Ni 10~40wt%，Al₂O₃ 60~90wt%；粒度为60~220目，比表面积为80~420 m²/g，Ni晶体粒径为7~40 nm。高分散纳米镍基催化剂的盐助燃烧制备法，是将硝酸盐和尿素混合，加入可溶惰性盐，在等离子火焰燃烧装置中燃烧的方法制得高分散纳米镍基催化剂。本发明比传统溶液燃烧合成催化剂具有更好的镍物种分散度和更小的颗粒尺寸，适用于浆态床甲烷化工艺，且催化活性高、性能稳定。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及镍基催化剂，具体涉及一种高分散纳米镍基催化剂、及其盐助燃烧制备法和应用。

背景技术

现今，中国面临形势严峻的环境污染问题，很大程度上是由煤炭的直接燃烧造成，这使得煤炭的清洁高效利用迫在眉睫。煤制天然气技术是煤炭绿色转化的有效途径，其核心反应之一是合成气的甲烷化反应，即CO催化加氢合成CH₄和H₂O。现有工业生产通常在固定床反应器中进行，采用镍基催化剂进行催化，存在以下缺点：1）该反应过程剧烈放热，极易造成催化剂床层局部过热而引起催化剂活性组分镍颗粒烧结失活；2）固定床甲烷化工艺一般采用多台固定床反应器串联，且须使用多个换热器和气体循环机等复杂装置来控制温度，增大了设备投资和能耗。

专利CN101979475A和CN101979476A公开了一种浆态床甲烷化工艺，在甲烷化反应过程中引入导热系数大、热容大的液相组分，使催化剂均匀分散在惰性液体中，实现催化剂床层的等温性，大幅减少设备投资和能耗，且提高了反应物料的单程转化率。为研发适用于浆态相甲烷化反应的镍基催化剂，专利CN103801306B公开了一种溶液燃烧合成镍基催化剂的方法，该方法具有快速、高效的优点，但燃烧过程中瞬时放热容易造成燃烧不均匀，造成局部的晶粒生长、团聚，此外，燃烧后的粉体需进一步高温焙烧，使得材料结构稳定并使残余的有机燃料分解，因而此方法应用于合成镍基催化剂时易造成活性组分分散性差、颗粒粒径大及催化剂比表面积小等缺陷，导致催化剂活性和稳定性降低，因此不利于该方法的工业化推广。

为了解决现有技术存在的上述缺陷，本发明研发了一种在前驱体溶液中加入可溶惰性盐，通过火焰等离子合成法制备的应用于浆态床甲烷化反应的镍基甲烷化催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种高分散纳米镍基催化剂、及其盐助燃烧制备法和应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高分散纳米镍基催化剂，按质量百分比计，其组成为：Ni 10~40wt%，Al₂O₃ 60~90wt%；粒度为60~220目，比表面积为80~420 m²/g，Ni晶体粒径为7~40 nm。

高分散纳米镍基催化剂的盐助燃烧制备法，是将硝酸盐和尿素混合，加入可溶惰性盐，在等离子火焰燃烧装置中燃烧的方法制得高分散纳米镍基催化剂。

进一步地，所述的高分散纳米镍基催化剂的盐助燃烧制备法，步骤为：

1）将尿素和金属硝酸盐混合，置于60℃水浴，在搅拌条件下加入可溶惰性盐得到前驱体溶液；

2）点燃等离子火焰燃烧装置，将前驱体溶液吸入装置后进行燃烧，将燃烧产物在在去离子水中煮至沸腾并维持10~90 min，用去离子水和无水乙醇的混合溶液洗涤除去可溶惰性盐，干燥后收集粉末，研磨，造粒，制得甲烷化镍基催化剂前驱体；

（3）在固定床上用还原气进行还原2~6 h，即得到催化剂。