甲烷化催化剂制造技术

本发明专利技术涉及包含设置在基材上的催化元素的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在约0和约0.3之间，任选在约0.01和约0.3之间，且如果存在的话，M为除Ce以外的金属元素。还描述了所述催化剂用于催化甲烷化反应的用途和使包含一氧化碳和氢气的原料甲烷化的方法，所述方法包括使所述原料与所述催化剂接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过交叉引用并入本申请要求新加坡专利申请SG201305087-7的优先权，其全部内容通过交叉引用并入本文中。领域本专利技术主要涉及催化领域。更具体地讲，本专利技术涉及甲烷化反应的催化。背景在二十世纪70年代的能源危机期间，有人提议使用代用天然气(SNG)。现今，由于SNG生产可潜在地减轻温室气体排放并增强能源和化学资源的多样化，SNG变得日益重要。结合气化和催化甲烷化技术可实现由例如煤炭、生物质和废物等多种原料生产SNG。目前，全世界正建造多个商业SNG工厂。具体地讲，煤制SNG技术正变成中国煤基化学工业的新焦点。例如，中国正考察约15个煤制SNG项目。据估计，在2015年中国将具有约2×1010Nm3/年的SNG产能。简化的SNG生产过程如下：原料，即煤炭和生物质→气化→气体净化和调节→燃料改质。在商业SNG生产中的步骤之一是甲烷化，这是由例如衍生自煤炭、生物质和废物的气化的那些气体的气体混合物产生甲烷的反应。因此，需要足够强以用于催化甲烷化反应且确保高甲烷产率的催化剂。因为催化剂表面的硫中毒代表着催化领域且更特定地甲烷化催化领域的一项重大挑战，所以还需要具有包括抵抗硫中毒的良好化学和物理稳定性的催化剂。另外，因为在催化剂表面上的焦炭沉积可导致催化活性和选择性下降，所以需要具有改进的抗生焦性的催化剂。本专利技术的一个目的至少部分地满足上述需要。
技术实现思路
本专利技术人已经确定，在与常规催化剂比较时，包含设置在基于氧化铈的基材上的例如金属镍的催化元素的催化剂在用于催化原料且尤其是包含硫的原料的甲烷化反应时引起催化性能显著改进。因此，在第一方面，本专利技术提供包含设置在基材上的催化元素的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在约0和约0.3之间，任选在约0.01和约0.3之间，且其中M(如果存在的话)为除Ce以外的金属元素。以下选项可结合第一方面单独地或以任何合适的组合使用。所述催化元素可为金属。所述金属可为过渡金属，例如其可选自Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni和Ir。因此，所述催化元素可为Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir。特定地讲，所述催化元素可为金属，例如其可为金属镍，或者可为金属钴、或金属钯、或金属铂、或金属铁、或金属铑、或金属钌、或金属铱。在一些情况下，其可为这些金属中任意两种或更多种的混合物或合金，或者可为这些金属中任一种与某些其他金属的混合物或合金。所述基材可为微粒。所述基材的粒子可具有小于约0.5μm或小于约100nm的平均粒径。在式Ce1-xMxO2的基材中，x可在约0.01和约0.25之间，或者可在约0.1和约0.2之间。例如，在式Ce1-xMxO2的基材中，x可为约0.01，或者可为约0.05，或者可为约0.1，或者可为约0.15，或者可为约0.2。在一些实施方案中，x=0。在其他实施方案中，x>0，任选>0.01或>0.1。所述金属元素M可为镧系元素，或者其可为过渡金属，或者其可为碱土金属，例如，所述金属元素可为过渡金属。所述过渡金属可为Y。所述金属元素可备选地为镧系元素。所述镧系元素可选自Sm和Gd。其可为Sm，或者其可为Gd。所述金属元素可为碱土金属，例如Ca。所述金属元素对硫的亲和性可比对氧的亲和性大和/或可增强催化剂的硫吸附能力。在一个实施方案中，所述基材为Ce0.9Sm0.1O2。在另一实施方案中，所述基材为Ce0.9Gd0.1O2。在另一实施方案中，所述基材为Ce0.9Ca0.1O2。在又一实施方案中，所述基材为Ce0.85Y0.15O2。在又一实施方案中，所述基材为Ce0.85Sm0.15O2。所述催化剂可包括设置在基材的表面上的催化元素的区域，通常是离散或不连接的区域。所述催化剂可包含分散、例如均匀或不均匀地分散在基材的表面上的催化元素。所述催化剂可包含在约1重量%和约40重量%之间的催化元素，例如可包含在约5重量%和约20重量%之间的催化元素。所述基材的比表面积可在约10m2/g和约300m2/g之间，例如在约50m2/g和约300m2/g之间。在一个实施方案中，本专利技术提供包含设置在基材上的选自金属Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir的催化元素的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在约0和约0.3之间，任选在约0.01和约0.3之间，且其中M(如果存在的话)为除Ce以外的金属元素。在另一实施方案中，本专利技术提供包含设置在基材上的金属镍的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在约0和约0.3之间，任选在约0.01和约0.3之间，且其中M(如果存在的话)为除Ce以外的金属元素。在另一实施方案中，本专利技术提供包含设置在基材的表面上的以催化剂的重量计在约1%和约40%之间的选自金属Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir的催化元素的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式CeO2；其中所述基材为微粒且所述粒子具有小于约0.5μm的平均粒径。在另一实施方案中，本专利技术提供包含设置在基材上的选自金属Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir的催化元素的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在约0.1和约0.3之间且其中M为选自镧系元素、过渡金属和碱土金属的金属元素。在另一实施方案中，本专利技术提供包含设置在基材上的催化元素的离散区域的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在约0.1和约0.3之间且其中M为选自Y、Sm、Gd和Ca的金属元素。在另一实施方案中，本专利技术提供包含设置在基材上的催化元素的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在约0.1和约0.3之间且其中M为增强所述催化剂的硫吸附能力的金属元素；其中所述基材具有在约10m2/g和约300m2/g之间的比表面积；且其中所述基材为微粒且所述粒子具有小于约0.5μm的平均粒径。在另一实施方案中，本专利技术提供包含以催化剂的重量计在约1%和约40%之间的催化元素的催化剂，其中所述催化元素为设置在基材的表面上的离散区域的金属镍，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在约0.1和约0.3之间且其中M为选自镧系元素、过渡金属和碱土金属的金属元素；其中所述基材为微粒且所述粒子具有小于约0.5μm的平均粒径。在另一实施方案中，本专利技术提供包含设置在基材上的金属镍的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce0.9M0.1O2，(即，x为0.1)，且其中M为选自Y、Sm、Gd和Ca的金属元素。在另一实施方案中，本专利技术提供包含设置在基材的表面上的以催化剂的重量计在约1%和约40%之间的金属镍的催化剂，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce0.9Gd0.1O2，(即，x为0.1)；其中所述基材具有在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂，其包含设置在基材上的催化元素，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1‑xMxO2，其中x在约0和约0.3之间，任选在约0.01和约0.3之间，且如果存在的话，M为除Ce以外的金属元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.28 SG 201305087-71.一种催化剂，其包含设置在基材上的催化元素，其中，在用于催化甲烷化反应时，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在约0和约0.3之间，任选在约0.01和约0.3之间，且如果存在的话，M为除Ce以外的金属元素。
2.权利要求1的催化剂，其中所述催化元素为过渡金属。
3.权利要求1或2的催化剂，其中所述催化元素选自Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir。
4.权利要求1-3中任一项的催化剂，其中所述催化元素为金属镍。
5.权利要求1-4中任一项的催化剂，其中所述基材为微粒。
6.权利要求1-5中任一项的催化剂，其中x在约0.01和约0.25之间。
7.权利要求1-6中任一项的催化剂，其中x在约0.1和约0.2之间。
8.权利要求1-7中任一项的催化剂，其中所述金属元素为镧系元素、过渡金属或碱土金属。
9.权利要求8的催化剂，其中所述金属元素为过渡金属。
10.权利要求9的催化剂，其中所述过渡金属为Y。
11.权利要求8的催化剂，其中所述金属元素为镧系元素。
12.权利要求11的催化剂，其中所述镧系元素选自Sm和Gd。
13.权利要求8的催化剂，其中所述金属元素为碱土金属。
14.权利要求13的催化剂，其中所述碱土金属为Ca。
15.权利要求1-14中任一项的催化剂，其中所述催化剂包括分散在所述基材的表面上的金属镍的区域。
16.权利要求1-15中任一项的催化剂，其中所述催化剂包括在约1重量%和约40重量%之间的所述催化元素。
17.权利要求1-16中任一项的催化剂，其中所述基材具有在约10m2/g和约300m2/g之间的比表面积。
18.权利要求1-17中任一项的催化剂用于催化甲烷化反应的用途。
19.权利要求1-17中任一项的催化剂的用途，所述用途为降低包含一氧化碳和氢气的气体混合物的一氧化碳含量。
20.一种使包含一氧化碳和氢气的原料甲烷化的方法，所述方法包括使所述原料与权利要求1-17中任一项的催化剂接触。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：镰田博之，陈鹭薇，A博格纳，泉良范，常杰，KSC钟，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，株式会社IHI，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG