一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法技术

本发明专利技术涉及煤转化和催化领域，具体是一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法，其步骤为：（1）制备混合物将二氧化硅、活性炭粉末及硝酸镍混合均匀，得到均匀混合物；均匀混合物在100℃环境下干燥保存；（2）制备催化剂①高压压片②微波制备。本发明专利技术所述的碳化硅载体具有高温热稳定性好、导热性好、机械强度高等特性，能够避免催化剂床层的热积累，延长催化剂的使用寿命，能够承受更高的反应温度和空速；另外，本发明专利技术简化了现有技术的制备流程，并未引入涂层，能够获得更高的镍载量，还能避免涂层型整体催化剂中涂层剥落导致活性组分的流失。

【技术实现步骤摘要】
一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法
本专利技术涉及煤转化和催化领域，具体是一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法。
技术介绍
以煤制合成气为原料经CO甲烷化反应制取天然气的新途径，但是CO甲烷化工业催化剂一直被国外所垄断，所以急需研发高效的CO甲烷化催化剂。目前国内甲烷化催化剂的载体，以三氧化二铝为载体居多，应用中受制备工艺的局限，不易调变催化剂性能，抗积碳效果不佳，催化剂高温下易烧结。以三氧化二铝作载体的专利CN201210003109，采用等量浸渍法把活性组分Ni负载到三氧化二铝载体上，但制备过程繁琐需要重复浸渍；以三氧化二铝和二氧化钛作复合载体载体的专利CN201410790610，催化剂制备过程同样繁琐，不利于大规模生产；为提高催化剂的活性，专利CN201310449697以贵金属钌做催化活性组分，这种方法无疑增加了生产成本，在推广到工业应用具有较大困难。由于碳化硅具有高温热稳定性好、导热性好、机械强度高等特性，碳化硅可用于催化
，是一种良好的催化剂载体。
技术实现思路
本专利技术旨在利用碳化硅的特性提供一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法，其步骤为：(1)制备混合物将二氧化硅、活性炭粉末及硝酸镍混合均匀，得到均匀混合物；均匀混合物在100℃环境下干燥保存；(2)制备催化剂①高压压片干燥好的均匀混合物在20MPa的压力下压制6min形成片状混合物前躯体；②微波制备片状混合物前躯体置于微波炉中间区域，调整位置，直至红外测温探头测得片状混合物前躯体的最大温度点；抽真空至真空度为0.9MPa，通入氮气至真空度为0.3MPa，抽真空、通氮气步骤反复进行三次；开启微波炉冷却水循环装置，打开微波控制开关，调节微波功率使得炉内升温至1300℃±10℃，恒温反应20min；关闭微波控制开关，停止加热，抽真空至真空度为0.9MPa，炉内自然冷却至室温后，关闭循环水；抽真空至真空度为0.9MPa，打开炉门，取出，获得粉末状的以碳化硅为载体的镍基催化剂。在上述微波制备过程中，片状混合物发生反应，各反应流程为：ⅰ.硝酸镍分解过程式中：Ni(NO3)2：硝酸镍；NiO：氧化镍；NO2：二氧化氮；O2：氧气。ⅱ.碳热还原过程反应：SiO2+C＝SiC+CO式中：SiO2：二氧化硅；C：活性炭；SiC：碳化硅；CO：一氧化碳气体。ⅲ.氧化镍的还原NiO+C＝Ni+CO式中：NiO：氧化镍；C：活性炭，Ni：镍，CO：一氧化碳气体。本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，以碳化硅为载体、以镍为活性组分，采用微波高温焙烧碳热还原快速制得一氧化碳甲烷化催化剂，催化剂中活性组分分散均匀，在高温下具有高催化活性，催化反应中热稳定性好、良好的抗积碳性能。此制备方法采用微波焙烧工艺，大大减少了传统管式炉制备耗时过长的缺点，制备工艺流程短、快捷迅速、原料配比合理、数据翔实准确、产物稳定，是制备一氧化碳甲烷化催化剂的十分理想的一种方法。进一步，为了提高原料的利用率，本专利技术限定了活性炭粉末的加入量：所述活性炭粉末的加入量能够保证在微波制备过程中二氧化硅完全反应获得碳化硅，并且硝酸镍分解后的氧化镍形成活性组分Ni。另外，所述以碳化硅为载体的镍基催化剂进一步进行了精制步骤，该步骤为：①高温除碳粉末状的以碳化硅为载体的镍基催化剂置于马弗炉内，空气氛围下700℃焙烧2h，除去未反应的活性炭；②酸洗除硅按照体积比为3:1分别量取浓度为38％的氢氟酸以及浓度为68％的浓硝酸，加水稀释至混酸体积的1.5倍，除碳后的催化剂置于混酸溶液中，静置24h；③离心、分离含有催化剂的混酸溶液在10000r/min的转速下离心8min，去除上清液，清洗至残留物表面pH为7；④干燥、焙烧残留物于100℃环境下干燥12h，然后置于马弗炉内，空气氛围下550℃焙烧2h，完成精制。上述精制的步骤，能够提高活性组分镍在催化剂中的含量以及催化剂的催化效率。进一步，步骤(1)制备混合物中均匀混合物的混合是在玛瑙球磨罐内密封进行的，球磨的转速为500r/min，以正转、反转各5min为一个球磨周期，运行十个周期。步骤(1)制备混合物中活性炭粉末的制备方法为：木质活性炭在100℃下干燥12h后，在玛瑙球磨罐内密封，设定球磨的转速为500r/min，以正转、反转各5min为一个球磨周期，运行三个周期；然后过200目筛，获得活性炭粉末。而且，精制后的以碳化硅为载体的镍基催化剂中镍的质量百分含量为5～10％。本专利技术所述的碳化硅载体具有高温热稳定性好、导热性好、机械强度高等特性，能够避免催化剂床层的热积累，延长催化剂的使用寿命，能够承受更高的反应温度和空速；另外，本专利技术简化了现有技术的制备流程，并未引入涂层，能够获得更高的镍载量，还能避免涂层型整体催化剂中涂层剥落导致活性组分的流失。附图说明图1为采用本专利技术所述方法制备获得的甲烷化催化剂的形貌图，由图可以看出：催化剂表面提供了许多活性组分附着位点。图2为甲烷化催化剂的X-射线衍射强度图谱，图中：纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角2θ，图中44.522°、58.420°、70.980°为活性组分Ni的标准衍射峰，Ni衍射峰强度弱，说明活性组分分散度高，图中35.597°、41.383°、59.977°、71.777°75.492°为碳化硅标准衍射峰，说明碳化硅属于3C-SiC晶型。图3为各质量百分含量镍的催化剂活性评价图，由图可知：催化剂在高温段具有良好的稳定性，同时在高温段催化剂活性没有发生失活、烧结等，一氧化碳依然具有较高的转化率。具体实施方式本专利技术使用的化学物质材料为：二氧化硅、活性炭、硝酸镍、氢氟酸、硝酸、去离子水、氮气，其准备用量以克、毫升、厘米3为计量单位：对制备所需的化学物质材料进行精选，并进行质量纯度、浓度控制：(1)制备混合物①干燥活性炭称取木质活性炭60g±0.001g，放入100℃烘箱中干燥12h。②研磨活性炭将干燥好活性炭分别放入玛瑙球磨罐中并密封，设定球磨转速500转/min，以正转、反转各5min作为一个球磨周期，运行三周期。③筛分将磨好的活性炭用200目筛网过筛，留取活性炭粉末，保存待用。④混合按照硅碳摩尔比3:1的比例，称取二氧化硅30g±0.001g、上述筛分好的活性炭粉末18g±0.001g、3.27g±0.001g硝酸镍，混合，得到二氧化硅、活性炭和硝酸镍混合物。⑤研磨将上述混合物放入玛瑙球磨罐中并密封，设定球磨转速500转/min，以正转、反转各5min作为一个球磨周期，运行十个周期，使充分混合均匀。⑥干燥、保存将得到的均匀混合物放入烘箱中，100℃干燥保存。(2)粗制催化剂催化剂的制备是在微波焙烧、氮气保护、循环水冷却的条件下完成的。①高压压片将干燥好的样品置于压片机的不锈钢压膜内，在20MPa的压力下压片6min，得到片状混合物。②把片状混合样前驱体放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚放入保温砖中，置于微波炉的中间区域，调节位置，直至红外测温探头测得混合样的最大温度点。③将微波炉抽真空至0.9Mpa，以100cm3/min的速度通入氮气，至0.5Mpa；抽真空通氮气同过程反复三次。④先开启微波炉冷却水循环装置，再打开微波控制开关，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法，其特征在于，其步骤为：（1）制备混合物将二氧化硅、活性炭粉末及硝酸镍混合均匀，得到均匀混合物；均匀混合物在100℃环境下干燥保存；（2）制备催化剂①高压压片    干燥好的均匀混合物在20MPa的压力下压制6min形成片状混合物前躯体；②微波制备片状混合物前躯体置于微波炉中间区域，调整位置，直至红外测温探头测得片状混合物前躯体的最大温度点；抽真空至真空度为0.9MPa，通入氮气至真空度为0.3MPa，抽真空、通氮气步骤反复进行三次；开启微波炉冷却水循环装置，打开微波控制开关，调节微波功率使得炉内升温至1300℃±10℃，恒温反应20min；关闭微波控制开关，停止加热，抽真空至真空度为0.9MPa，炉内自然冷却至室温后，关闭循环水；抽真空至真空度为0.9MPa，打开炉门，取出，获得粉末状的以碳化硅为载体的镍基催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法，其特征在于，其步骤为：（1）制备混合物将二氧化硅、活性炭粉末及硝酸镍混合均匀，得到均匀混合物；均匀混合物在100℃环境下干燥保存；（2）制备催化剂①高压压片干燥好的均匀混合物在20MPa的压力下压制6min形成片状混合物前躯体；②微波制备片状混合物前躯体置于微波炉中间区域，调整位置，直至红外测温探头测得片状混合物前躯体的最大温度点；抽真空至真空度为0.9MPa，通入氮气至真空度为0.3MPa，抽真空、通氮气步骤反复进行三次；开启微波炉冷却水循环装置，打开微波控制开关，调节微波功率使得炉内升温至1300℃±10℃，恒温反应20min；关闭微波控制开关，停止加热，抽真空至真空度为0.9MPa，炉内自然冷却至室温后，关闭循环水；抽真空至真空度为0.9MPa，打开炉门，取出，获得粉末状的以碳化硅为载体的镍基催化剂。2.根据权利要求1所述的一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法，其特征在于，所述活性炭粉末的加入量能够保证在微波制备过程中二氧化硅完全反应获得碳化硅，并且硝酸镍分解后的氧化镍形成活性组分Ni。3.根据权利要求1或2所述的一种微波焙烧快速制备甲烷化催化剂的方法，其特征在于，所述以碳化硅为载体的镍基催化剂进一步进行了精制步骤，该步骤为：①高温除碳粉末状的以碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：任军，靳永勇，程铭，李海东，朱继宇，韩冰莹，史瑞娜，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14