[发明专利]一种镍基催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种镍基催化剂、制备方法及其应用，涉及煤炭加工利用和煤转化技术领域，以改性埃洛石为载体，以金属Ni为活性组分的新型合成气制甲烷的镍基催化剂，所述镍基催化剂具有优异的催化活性和良好的稳定性，在350℃，常压，空速15000mL·g^‑1·h^‑1下反应，一氧化碳转化率可达100％，甲烷收率可达97.02％，催化剂在100h稳定性测试内不失活，具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及煤炭加工利用和煤转化技术领域，特别是涉及一种镍基催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

相比其他化石能源来说，天然气具有高效优质、热值高而且清洁安全等优点。近年来，天然气消耗量逐年增加，而产量与消耗量之间存在差距。发展煤制天然气符合能源消费结构的优化与转型的要求，一方面可以实现煤炭的清洁利用，缓解煤炭直接燃烧带来的环境污染问题；另一方面可以解决天然气的短缺问题。

煤制天然气主要包含两个步骤：煤制合成气的煤气化和合成气制甲烷的甲烷化。目前，工业上最广泛应用的合成气甲烷化催化剂是Ni/γ-Al₂O₃催化剂。然而这种催化剂载体热量传递困难，在高温下容易发生积碳和烧结，导致催化剂活性降低。最近的研究表明，以人工合成的介孔分子筛(如MCM-41、SBA-15、SBA-16等)为载体制备的镍基催化剂相比于工业催化剂具有更大的比表面积、大小规则且均一的孔道、良好的热稳定性，因此具有很好的甲烷化活性，存在替代工业用甲烷化催化剂的潜力。但由于分子筛规模化制备条件要求高，使得分子筛基催化剂制备成本大幅上升。而天然矿物埃洛石不仅具有与常见的分子筛SBA-15相似的孔道结构，而且广泛存在，产量丰富。目前埃洛石已经广泛应用于氢键流体的输运，燃料气体的吸附储存，生物大分子或药物的载体。但是天然埃洛石存在比表面积小，存在催化副反应的杂质等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种活性佳、稳定性好的合成气制甲烷化反应镍基催化剂、制备方法及其应用。该方法对天然埃洛石进行了改性，增加埃洛石的比表面积和孔容，使活性组分分散度增加，并以埃洛石为载体采取浸渍法制备了合成气甲烷化镍基催化剂。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种镍基催化剂，以天然纳米材料埃洛石为载体，以金属Ni为活性组分；其中，以100重量份的催化剂为基准，以金属元素计，镍的含量为5～30重量份，余量为埃洛石。

进一步地，所述镍基催化剂的比表面积为30～161m²/g，优选为70～161m²/g，孔径为5～20nm，优选为15～20nm，孔体积为0.2～0.6cm³/g，优选为0.3～0.5cm³/g。所述活性组分Ni以NiO、Ni₂O₃的形式存在。

进一步地，所述载体埃洛石为管状埃洛石或片状埃洛石，比表面积为30～500m²/g，优选为100～300m²/g，管状埃洛石管长100～1500nm，优选为100～900nm，管外径30～100nm，优选为50～80nm，管内径10～30nm，优选为10～20nm，片状埃洛石长100～500nm，优选200～400nm，宽100～500nm，优选200～400nm，厚度5～10nm，优选6～8nm。本发明所用埃洛石是天然矿物，由于不同产地间的埃洛石结构不尽相同，同产地每一根埃洛石间的结构也不尽相同，本发明限定埃洛石的长宽等，是为了避免太长的埃洛石管可能会造成气体不易于管内的活性金属充分接触，太短不易负载上去，内径太小金属不易进入，内径太大金属容易出来，所以限定了优选范围。

本发明所述的镍基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)埃洛石改性处理：称取埃洛石，加入反应液改性，改性过程不停搅拌，反应完成后，用去离子水离心洗涤直至溶液pH为中性，将改性埃洛石干燥，研磨成粉末；