[发明专利]逆水汽变换催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及逆水煤气变换反应使用的催化剂领域，公开了逆水汽变换催化剂及其制备方法，以及该催化剂在逆水煤气变换反应中的应用。以该逆水汽变换催化剂的总量为基准，该逆水汽变换催化剂包含2‑8重量％的Crsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，5‑16重量％的TiOsubgt;2/subgt;，20‑30重量％的MgO和50‑70重量％的Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;；其中，该逆水汽变换催化剂含有镁铝尖晶石物相。本发明提供的逆水汽变换催化剂能够有效抑制甲烷化反应，650℃下的CHsubgt;4/subgt;选择性小于0.2％，且高温稳定性好，经过加速失活实验后，活性保留率大于80％，可以实现Hsubgt;2/subgt;与COsubgt;2/subgt;高效逆水汽变换反应，接近热力学平衡转化率，与贵金属催化剂相比制备成本更低，更有利于大规模的工业化应用。

技术领域

本发明涉及逆水煤气变换反应使用的催化剂领域，具体涉及逆水汽变换催化剂及其制备方法，以及该催化剂在逆水煤气变换反应中的应用。

背景技术

逆水汽变换技术(RWGS)是水煤气变换(WGS)反应的逆反应，可以将CO₂通过RWGS反应转化为有价值的CO，进而与H₂合成油品或化学品，是CO₂资源化利用的可行性途径。

目前，研究较多的RWGS反应催化剂可分为负载型金属催化剂、复合氧化物催化剂和过渡金属碳化物催化剂。负载型金属催化剂分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂在RWGS反应中有很好的催化活性，但因价格昂贵而使其使用受到限制。近年来，用于RWGS反应研究的非贵金属催化剂主要有Cu、Ni、Mo等。非贵金属催化剂应用于RWGS反应主要存在高温稳定性差、易烧结失活等缺点。通过掺杂助剂可以对催化剂表面进行修饰，从而达到抑制催化剂高温失活的作用。但目前金属催化剂的研究多在500℃以下的低温进行，甲烷选择性较低，而对于RWGS这样的强吸热反应，需要500℃以上条件进行，转化率才有经济性。对于金属催化剂，在高温下(尤其在600℃以上)不可避免的是甲烷化副反应发生。通过热力学分析，一旦发生甲烷化反应，CO₂的转化率和CO选择性都会显著降低。此外，有研究认为BaCe_xZr_0.8-xY_0.16Zn_0.04O₃、BaZr_0.8Y_0.2O₃、BaZr_0.8Y_0.16Zn_0.04O₃几种类型的钙钛矿催化剂在逆水汽变换反应中具有良好的高温稳定性。Mo₂C作为加氢催化剂，具有与贵金属催化剂类似的化学性质。有报道称，Mo₂C催化剂用于RWGS反应，与CeO₂负载的Pt系催化剂相比，在相同反应条件下，性能更优。

RWGS的工业化应用将兼顾催化剂性能与成本等多方面因素。贵金属催化剂虽然具有较高的催化活性，但高昂的价格将影响其工业应用。钙钛矿等复合氧化物和碳化物催化剂在高温稳定性和成本方面具有优势，但在性能上还需进一步提升。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的逆水汽变换催化剂无法同时兼顾提高催化活性和高温稳定性以及降低成本的问题，提供逆水汽变换催化剂及其制备方法，以及该催化剂在逆水煤气变换反应中的应用。该逆水汽变换催化剂催化活性高、高温稳定性好，同时制备成本低。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种逆水汽变换催化剂，以所述逆水汽变换催化剂的总量为基准，该逆水汽变换催化剂包含2-8重量％的Cr₂O₃，5-16重量％的TiO₂，20-30重量％的MgO和50-70重量％的Al₂O₃；

其中，所述逆水汽变换催化剂含有镁铝尖晶石物相。