一种合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法，所述催化剂包括第一活性组分、第二活性组分、第一助剂、第二助剂和载体；所述催化剂的制备方法包括如下步骤：首先制备催化剂前体B，然后对催化剂前体B进行还原处理，将溶液C与糠醛水溶液混合均匀与催化剂前体B一起加入到高压反应釜中，加入溶液D后反应，得到的固液混合物处理分离后过滤所得固体样品再经干燥、焙烧处理后，得到催化剂。本方法制备的催化剂反应活性高，既降低了金属用量，又提高了甲烷的选择性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法，尤其是涉及一种合成气甲烷化制天然气负载型钼基催化剂的制备方法。
技术介绍
甲烷化是指CO/CO2与H2在一定的温度、压力及催化剂作用下，生成CH4的过程，目前，这一反应广泛应用于合成氨或制氢过程中微量碳的脱除、焦炉煤气甲烷化、煤制天然气等工艺之中。甲烷化是一种重要的催化技术，特别是在燃料应用领域，可以用来提高燃气热值，允许焦炉煤气、煤炭或生物质到天然气的转化。近年来，随着我国煤制代用天然气产业的快速发展，作为核心技术之一的甲烷化受到了越来越多的关注。中国是一个“富煤、贫油、少气”的国家，利用丰富的煤炭资源，通过煤基合成气的甲烷化生产天然气在高油价时代具有良好的经济效益，对解决煤炭资源的综合利用问题，缓解中国油气资源短缺的现状，维护能源安全，实现CO2减排、保护环境均具有重要的战略意义。从公开报道的基础研究结果和有关资料可知，对于合成气甲烷化制天然气反应，Ni基催化剂（高Ni含量，20%～70%）为主流催化剂；Fe基催化剂易积炭失活；Co基催化剂耐受性强，但选择性差；Ru基催化剂活性高于Ni基催化剂，但其成本高；采用的助剂或载体材料有氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化铈、氧化镧、氧化锆、氧化钙、氧化镁等。总之，对煤制天然气工业催化剂的要求主要是：低温、高效（即反应温度低，原料气的氢碳比范围宽，CO和CO2的加氢转化率高，CH4的选择性高），稳定性好（即耐磨，耐温，抗积炭，抗中毒），使用寿命长、成本低。要达到这些要求，催化剂的组成配方和制备工艺技术的合理选择是关键。中国专利CN1043639A公开的甲烷化催化剂以Al2O3为载体，镍为活性组分，以稀土金属，或碱土金属，或碱金属为助剂。美国专利US3933883公开的甲烷化催化剂以高纯γ-Al2O3为载体，负载活性组分氧化镍和氧化钴。中国专利CN1043449A公开的甲烷化催化剂，镍为活性组分，稀土金属和镁为助催化剂，其余为氧化铝。虽然上述专利方法制得的催化剂均获得了较好的合成气甲烷化反应性能，但由于该反应是一个快速反应（这种快速反应一般是处于传质控制的条件下进行的），反应物在到达催化剂外表面的同时反应即已完成，因而催化剂的内表面对目标反应贡献不大，这就造成了载体孔道内较低的金属利用率，增加了催化剂的制备成本。
技术实现思路
为克服现有技术中的不足之处，本专利技术提供了一种合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法，该方法制备的催化剂具有成本低廉、金属组分利用率高以及选择性好的特点。本专利技术提供了一种合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法，所述催化剂包括第一活性组分、第二活性组分、第一助剂、第二助剂和载体；所述第一活性组分为Ni，第二活性组分为Mo，第一助剂为Fe，第二助剂为Ce、Co和V中的一种或几种，优选Ce；载体为氧化铝、氧化硅中的任一种；以催化剂中各元素质量占催化剂质量的百分比为基准，活性组分的含量为15wt%～25wt%，第一助剂的含量为1wt%～3wt%，第二助剂的含量为1wt%～5wt%，余量为载体；所述催化剂的制备方法包括如下步骤：（1）将第一活性组分前驱体、第一助剂前驱体溶于水中，得到溶液A；（2）将载体加入到步骤（1）得到的溶液A中，经浸渍、老化、干燥、焙烧处理后，得到催化剂前体B；（3）采用还原气氛对步骤（2）得到的催化剂前体B进行还原处理；（4）将第二助剂前驱体溶于水中，得到溶液C，并与糠醛水溶液混合均匀，然后与步骤（3）得到的催化剂前体B一起加入到高压反应釜中；（5）将水溶性高分子聚合物、第二活性组分前驱体溶于水中，得到溶液D；将溶液D加入到步骤（4）所述的高压反应釜中，密封后用氢气置换2～5次，然后调节氢气压力至2～4MPa，在100～200℃下反应1～3h；（6）待步骤（5）得到的固液混合物降至20～30℃，加入无水乙醇或柠檬酸水溶液，放置1～2h，然后过滤，所得固体样品再经干燥、焙烧处理后，得到催化剂。本专利技术合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法中，步骤（1）中所述第一活性组分前驱体为硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或多种，优选为硝酸镍；所述第一助剂前驱体为铁的可溶性盐，具体可以为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁中的一种或几种，优选为硝酸铁；所述溶液A中，第一活性组分以元素计，在溶液A中的质量分数为1%～7%，第一助剂组分以元素计，在溶液A中的质量分数为1%～5%。本专利技术合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法中，步骤（2）中所述的浸渍为等体积浸渍，浸渍时间为1～3h；所述老化可以在室温下老化，也可以在恒定温度下老化，老化温度为10～90℃，优选为20～60℃，老化时间为1～24h，优选为4～12h；步骤（2）与步骤（6）中所述干燥温度为70～150℃，优选为80～120℃，干燥时间为2～12h，优选为4～8h；步骤（2）与步骤（6）中所述焙烧温度为350～650℃，优选为400～600℃，焙烧时间为2～12h，优选为4～8h。本专利技术合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法中，步骤（2）中所述的载体为氧化铝、氧化硅中的任一种，所述载体可以采用市售的产品，也可以按本领域熟知的方法制备；所述催化剂前体B中，负载的镍以元素重量计，为最终催化剂的1wt%～5wt%，负载的铁以元素重量计，为最终催化剂的1wt%～3wt%。本专利技术合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法中，步骤（3）中所述的还原气氛为氢气或者氢气与氮气的混合气体，所述混合气体中氢气体积含量为10%～95%。具体的还原处理过程如下：氮气气氛下将催化剂前体B升温至300～600℃，然后通入氢气或氢气与氮气的混合气体，在0.1～0.5MPa（绝压）处理4～8h后，在氮气气氛下降至室温。本专利技术合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法中，步骤（4）中所述的第二助剂前驱体为硝酸铈、硝酸钴、偏钒酸铵中的一种或几种，优选为硝酸铈；所述溶液C中，第二助剂以元素计，在溶液C中的质量分数为1%～6%；所述糠醛水溶液中糠醛的质量分数为30%～50%；步骤（4）中所述糠醛水溶液与溶液C的质量比为3～5，所述溶液C与糠醛水溶液的总质量与步骤（3）得到的还原后催化剂前体B的质量比为3～6。本专利技术合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法中，步骤（5）中所述水溶性高分子聚合物为聚乙二醇（PEG）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）中的一种或几种；所述第二活性组分前躯体为Mo的可溶性盐，具体可以为四钼酸铵、钼酸铵，优选为钼酸铵；所述溶液D中，第二活性组分前驱体中所含钼以元素计在溶液D中的质量分数为0.5%～3%，水溶性高分子聚合物在溶液D中的质量分数为Mo元素质量分数的2～5倍。本专利技术甲烷部分氧化制合成气催化剂的制备方法中，步骤（6）中所述加入无水乙醇或柠檬酸的质量与水溶性高分子聚合物的质量比为2～4；所述柠檬酸水溶液的质量分数为10%～20%。本专利技术方法制备的催化剂可以应用于合成气甲烷化制天然气反应。催化剂在反应前使用2%（体积分数）H2S/H2混合气预硫化3～6h，优选4h；硫化温度为400～600℃，硫化完成后通入原料气进行反应。本专利技术方法制备的催化剂应用于合成气甲烷化制天然气反应，具有适度的耐硫能力，较好的工艺条件为：原料气中H2/CO摩尔比为1.0～4.0，含硫量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法，所述催化剂包括第一活性组分、第二活性组分、第一助剂、第二助剂和载体；所述第一活性组分为Ni，第二活性组分为Mo，第一助剂为Fe，第二助剂为Ce、Co和 V中的一种或几种，优选Ce；载体为氧化铝、氧化硅中的任一种；以催化剂中各元素质量占催化剂质量的百分比为基准，活性组分的含量为15wt%～25wt%，第一助剂的含量为1wt%～3wt%，第二助剂的含量为1wt%～5wt%，余量为载体；所述催化剂的制备方法包括如下步骤：（1）将第一活性组分前驱体、第一助剂前驱体溶于水中，得到溶液A；（2）载体加入到步骤（1）得到的溶液A中，经浸渍、老化、干燥、焙烧处理后，得到催化剂前体B；（3）采用还原气氛对步骤（2）得到的催化剂前体B进行还原处理；（4）将第二助剂前驱体溶于水中，得到溶液C，并与糠醛水溶液混合均匀，然后与步骤（3）得到的催化剂前体B一起加入到高压反应釜中；（5）将水溶性高分子聚合物、第二活性组分前驱体溶于水中，得到溶液D；将溶液D加入到步骤（4）所述的高压反应釜中，密封后用氢气置换2～5次，然后调节氢气压力至2～4MPa，在100～200℃下反应1～3h；（6）待步骤（5）得到的固液混合物降至20～30℃，加入无水乙醇或柠檬酸水溶液，放置1～2h，然后过滤，所得固体样品再经干燥、焙烧处理后，得到催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种合成气甲烷化制天然气催化剂的制备方法，所述催化剂包括第一活性组分、第二活性组分、第一助剂、第二助剂和载体；所述第一活性组分为Ni，第二活性组分为Mo，第一助剂为Fe，第二助剂为Ce、Co和V中的一种或几种，优选Ce；载体为氧化铝、氧化硅中的任一种；以催化剂中各元素质量占催化剂质量的百分比为基准，活性组分的含量为15wt%～25wt%，第一助剂的含量为1wt%～3wt%，第二助剂的含量为1wt%～5wt%，余量为载体；所述催化剂的制备方法包括如下步骤：（1）将第一活性组分前驱体、第一助剂前驱体溶于水中，得到溶液A；（2）载体加入到步骤（1）得到的溶液A中，经浸渍、老化、干燥、焙烧处理后，得到催化剂前体B；（3）采用还原气氛对步骤（2）得到的催化剂前体B进行还原处理；（4）将第二助剂前驱体溶于水中，得到溶液C，并与糠醛水溶液混合均匀，然后与步骤（3）得到的催化剂前体B一起加入到高压反应釜中；（5）将水溶性高分子聚合物、第二活性组分前驱体溶于水中，得到溶液D；将溶液D加入到步骤（4）所述的高压反应釜中，密封后用氢气置换2～5次，然后调节氢气压力至2～4MPa，在100～200℃下反应1～3h；（6）待步骤（5）得到的固液混合物降至20～30℃，加入无水乙醇或柠檬酸水溶液，放置1～2h，然后过滤，所得固体样品再经干燥、焙烧处理后，得到催化剂。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述第一活性组分前驱体为硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或多种，优选为硝酸镍。3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一助剂前驱体为铁的可溶性盐，具体为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁中的一种或几种，优选为硝酸铁。4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述溶液A中，第一活性组分以元素计，在溶液A中的质量分数为1%～7%，第一助剂组分以元素计，在溶液A中的质量分数为1%～5%。5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的浸渍为等体积浸渍，浸渍时间为1～3h。6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述老化温度为10～90℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：任金晨，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11