[发明专利]一种高活性甲醇合成催化剂的制备方法

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体为一种高活性甲醇合成催化剂制备方法。该方法采用二步沉淀与浸渍相结合的方法，具体为：将锌、铝混合盐与碱沉淀剂按一定速率并流加入反应器中，沉淀生成载体前驱体；再继续将铜、锌、铝、镁混合盐与碱沉淀剂按一定速率并流加入该反应器内，进行二步反应；沉淀物经老化、洗涤、喷雾干燥、焙烧后，采用等体积浸渍法，浸渍一定量的铜，再经干燥、焙烧、成型得到催化剂。分步沉淀可以使载体更为稳定，避免大量铝对铜活性的影响；铜、锌在摩尔比为4:1的比例下参与反应，更趋向于形成高温稳定性强的结构；后期通过浸渍法引入更多活性组分铜又进一步提高了催化剂的低温活性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体为一种高活性甲醇合成催化剂的制备方法。

技术背景

甲醇是重要的基础化工原料，在传统化工领域应用广泛，工业上甲醇一般用含有H₂、CO、CO₂的合成气在一定压力、温度和催化剂存在的条件下生产。因而，甲醇催化剂的研究和开发对甲醇工业的发展十分重要。目前，国内外都在积极开发应用新型甲醇合成催化剂，以提高产品的数量和质量，节约能源，降低生产成本，从而提高经济效益，增强企业市场竞争力，促进甲醇工业的发展。

经过长时间的研究发现，铜基催化剂具有良好的低温活性，较高的选择性，操作条件适宜，已成为甲醇合成工业的主要方向。目前，世界上广泛使用的铜系甲醇合成催化剂普遍采用共沉淀方法制备，主要组分是CuO、ZnO和Al₂O₃。三组分的作用各不相同：CuO为主要活性组分；ZnO是很好的氢化剂,可使H₂被吸附和活化，但对CO几乎没有化学吸附，因此可提高铜基催化剂的转化率；而Al₂O₃在催化剂中作为结构助剂起阻碍铜颗粒烧结的作用，可以阻止一部分氧化铜还原。这种催化剂总体具有低温、低压、高活性的优点，但同时也存在着抗毒性能、热稳定性和机械强度差的问题。因此，如何提高已有催化剂的低温活性和热稳定性，是当前甲醇催化剂研究的主攻方向。

发明内容

本发明的目的在于针对以上技术问题，提供一种高活性甲醇合成催化剂制备方法。该方法中采用了二步沉淀与浸渍相结合的方式进行催化剂的制备。其中，分步沉淀可以使载体更为稳定，避免大量铝对铜活性的影响，铜、锌在摩尔比为4:1的比例下参与反应，更趋向于形成高温稳定性强的结构，后期通过浸渍法引入更多活性组分铜又进一步提高了催化剂的低温活性。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：

一种高活性甲醇合成催化剂制备方法，包括如下步骤：

(1)配制锌、铝硝酸盐混合水溶液，记为盐溶液A；配制铜、锌、铝、镁硝酸盐混合水溶液，记为盐溶液B；配制弱碱溶液，记为碱溶液C。

(2)反应器中加入适量去离子水，预热盐溶液A、盐溶液B、碱溶液C和反应器中的去离子水至反应温度；将盐溶液A与碱溶液C在匀速搅拌下并流滴入反应器中，调节反应器内沉淀液pH值，使其始终保持在适宜范围内。待盐溶液A全部滴加完成，停止滴加碱溶液C。继续搅拌5-10min后，再以相同方式加入盐溶液B，同时继续滴加碱溶液C，调节反应器内沉淀液pH值，使其始终保持在适宜范围内。待盐溶液B全部加入反应器中，停止滴加碱溶液C；待沉淀完全，在反应器中老化一定时间。

(3)待老化完毕后，对沉淀液进行离心过滤，滤饼用去离子水洗涤再过滤，直到滤液中检测不到Na⁺为止。对滤饼打浆后进行喷雾干燥，将干燥料焙烧，使其分解，得到焙烧粉料。

(4)采用等体积浸渍法，将适量的硝酸铜盐溶液浸于焙烧粉料上。

(5)待浸渍完成，将物料进行干燥、焙烧，焙烧后粉料加石墨成型得到合成甲醇催化剂。

步骤(1)中所述弱碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或几种的混合物，优选碳酸钠和碳酸钾。