本发明专利技术一种活性组分非均匀分布低温甲烷化催化剂的制备方法，属于催化化学领域。该方法包括以下步骤：a)将氧化物载体与助剂进行机械混合并成型为最小单元尺寸≥φ3mm颗粒，b)配制含有活性组分的醇水饱和溶液，溶剂为水和醇的混合物，c)浸渍上述成型单元，d)微波干燥负载了活性组分的氧化物载体颗粒，e)焙烧获得甲烷化催化剂。本发明专利技术提供的制备方法能够简单地制备出活性组分非均匀分布的催化剂，用于低温甲烷化反应。催化剂活性组分利用率高，制备方法简单易行。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化化学领域，具体涉及一种活性组分非均布低温甲烷化催化剂的制备方法。
技术介绍
甲烷化反应是指CO、CO2在一定温度和压力条件下，通过催化剂的作用与H2反应生成CH4和H2O的过程。甲烷化反应是强放热反应(CO+3H2＝CH4+H2O，ΔH0＝-206KJ/mol；CO2+4H2＝CH4+2H2O，ΔH0＝-165KJ/mol)。从热力学角度看，低温有利于向生成甲烷的方向进行，但从动力学角度上看，低温时反应速率将大大下降，因此如何提高甲烷化催化剂在低温区间(250-300℃)的反应活性是研究的关键。另外，研究表明在甲烷化反应过程中，甲烷化反应速度较快，内扩散过程缓慢，内扩散是甲烷化反应的速率控制步骤，导致催化剂的内表面利用率较低。因此，甲烷化催化剂的活性组分应尽量分散在外表面上，形成蛋壳型非均匀分布状态，并且太高的活性组分含量也是不需要的。低温甲烷化催化剂市售的有Synetix公司的Katalco-11系列催化剂、CCI公司的C13-4催化剂、法国Procatalyse公司的MT15催化剂和日本Nikki公司的N111/B、N112/B、N113/B、N118催化剂、TOPSOE公司的PK7R、DAVY公司的CRG-S2CR等。我国自主知识产权的甲烷化催化剂主要有J101、J103、J105、J106等系列催化剂。这些催化剂大都使用共沉淀或普通浸渍法制得，基本没有实现活性组分非均匀分布。本专利技术提供了一种活性组分非均匀分布的低温甲烷化催化剂，降低了活性组分的含量，且提高了活性组分的利用率，可用于合成气制代用天然气的后段反应、焦炉煤气甲烷化以及制氢过程中碳氧化物脱除过程。目前蛋壳型分布的催化剂制备方法主要有浸渍、喷涂、沉淀等方法。如US5545674描述了壳型催化剂的制备，其通过使用具有中间干燥或煅烧步骤的浸入或喷雾方法法将钴尤其是硝酸钴溶液反复浸渍到粒状载体上。此方法需采用多次浸渍才能达到所需活性组分的含量，且在多次操作中容易使活性组分渗透到载体内部，造成壳层厚度的不均匀。CN101318133A描述了蛋壳型催化剂的制备方法，将活性组分和助剂喷涂到滚动的载体上，变喷涂边加热干燥。此方法在大批量生产时很难保证催化剂的均一性，且只适合于球形颗粒。CN101076402A则描述了一种蛋壳型催化剂的制备方法；将载体浸渍于活性组分的碱式盐溶液里，加热是活性组分溶液分解沉淀到载体表面。此方法不可避免的有部分活性组分在溶液中沉淀，另外在载体表面吸附的活性组分在加热分解过程中释放氨或二氧化碳，将破坏载体表面强度或者影响沉淀的活性组分与载体的结合。本专利技术提供了一种可以将活性组分呈蛋壳分布的制备方法，利用醇溶液在载体表面吸附缓慢的特点，形成蛋壳型分布，过程简单，易于实现蛋壳厚度的均匀性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种活性组分非均匀分布的低温甲烷化催化剂的制备方法。一种活性组分非均匀分布低温甲烷化催化剂的制备方法，按照以下步骤进行：(1)按催化剂成分化学计量比，将载体氧化物与助剂前驱体进行机械混合并成型为最小单元尺寸颗粒，成型单元径向抗压碎强度80-100N/cm，点抗压碎强度100-120N，(2)将上述成型单元使用马弗炉焙烧，焙烧温度350‐600℃，升温速率2‐10℃/min，焙烧时间2‐6小时，形成氧化物载体，(3)称取活性组分前驱体，配制含有活性组分的饱和醇水溶液，溶剂为水和醇的混合溶液，(4)将上述成型颗粒浸入溶液中，控制浸渍的时间5-30分钟，浸渍完成后将颗粒与浸渍液分离，(5)微波干燥负载了活性组分的氧化物载体颗粒，微波功率为150-400W,干燥时间1-5min，(6)焙烧上述负载了活性组分的氧化物载体颗粒，焙烧温度350‐600℃，升温速率2‐10℃/min，焙烧时间2‐6小时，获得甲烷化催化剂。所述甲烷催化剂以氧化物为载体，负载活性组分和助剂组分；所述活性组分为镍；其含量以氧化物计，为催化剂质量的5-25％；所述助剂组分为Mg、Ca、Zr、Ce、La、Mn或Cr一种或几种，其含量以氧化物计，为催化剂质量的5-40％；催化剂余量为载体，所述载体为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛中的一种或几种。所述助剂前驱体为Mg、Ca、Zr、Ce、La、Mn或Cr的氧化物、硝酸盐或醋酸盐中的一种或者几种混合。所述活性组分前驱体为能够溶于水或醇的镍化合物，优选硝酸镍、醋酸镍。步骤(1)成型颗粒包括球形、圆柱或带有叶形的挤出物。步骤(2)中的醇为甲醇、乙醇或丙醇。步骤(2)中醇水体积比为1-3:1。步骤(5)中焙烧温度优选400-550℃，焙烧时间优选3-4小时。所述助剂含量以氧化物计，优选为催化剂质量的10-30％。所述活性组分，其含量以氧化物计，优选为催化剂质量的10-20％。本专利技术所述催化剂中的活性组分元素为镍，其前驱体为能够溶于水或醇的镍化合物，优选硝酸镍、醋酸镍，其含量以氧化物计占催化剂总量的5-25％，优选10-20％。本专利技术所述制备催化剂的方法，氧化物载体可以是任何能够作为甲烷化催化剂载体使用的氧化物，可以是一种或几种混合使用。助剂组分可以是任何已知的具有对催化活性和稳定性具有促进作用的元素或化合物，活性组分为任何已知的具有催化活性的元素，其形态为能够溶于水和醇的化合物。其中的氧化物和助剂的比例可以是已知的或商业化公开的任意比例，不受本专利技术的限制。本专利技术所述制备催化剂的方法，氧化物载体和助剂组分机械混合成型可以是球形、片剂、圆柱形或其他已知的异形，由本领域技术人员用已知的方法进行压片成型也可以是挤条成型或者滚球成型。成型单元的最小尺寸φ3mm，优选5‐10mm。最小尺寸可以是宽度例如直径或长度例如高度。长宽比为0.5‐1。本专利技术所述制备催化剂的方法，含有活性组分的溶液中的溶剂是水和醇的混合溶液，其中使用的醇是可以与水互溶且能够溶解活性组分化合物。由于醇的极性小于水，导致醇溶液在氧化物载体上的扩散速度较慢，因此可以通过浸渍时间来控制活性组分在载体上所需的蛋壳厚度，是本项专利技术的关键技术之一。使用的醇可以是甲醇、乙醇、丙醇，优选乙醇。本专利技术所述制备催化剂的方法，活性组分在醇水溶液中的浓度为饱和溶液。本专利技术所述制备催化剂的方法，使用的干燥方式为微波干燥。微波干燥可以快速将活性组分在载体表面固化，防止其溶液在普通干燥过程中向载体深处迁移，从而能够较快形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种活性组分非均匀分布低温甲烷化催化剂的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)按催化剂成分化学计量比，将载体氧化物与助剂前驱体进行机械混合并成型为最小单元尺寸颗粒，成型单元径向抗压碎强度80‑100N/cm，点抗压碎强度100‑120N，(2)将上述成型单元使用马弗炉焙烧，焙烧温度350‐600℃，升温速率2‐10℃/min，焙烧时间2‐6小时，形成氧化物载体，(3)称取活性组分前驱体，配制含有活性组分的饱和醇水溶液，溶剂为水和醇的混合溶液，(4)将上述成型颗粒浸入溶液中，控制浸渍的时间5‑30分钟，浸渍完成后将颗粒与浸渍液分离，(5)微波干燥负载了活性组分的氧化物载体颗粒，微波功率为150‑400W,干燥时间1‑5min，(6)焙烧上述负载了活性组分的氧化物载体颗粒，焙烧温度350‐600℃，升温速率2‐10℃/min，焙烧时间2‐6小时，获得甲烷化催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种活性组分非均匀分布低温甲烷化催化剂的制备方法，其特征在于按照以下
步骤进行：
(1)按催化剂成分化学计量比，将载体氧化物与助剂前驱体进行机械混合并成
型为最小单元尺寸颗粒，成型单元径向抗压碎强度80-100N/cm，点抗压
碎强度100-120N，
(2)将上述成型单元使用马弗炉焙烧，焙烧温度350‐600℃，升温速率
2‐10℃/min，焙烧时间2‐6小时，形成氧化物载体，
(3)称取活性组分前驱体，配制含有活性组分的饱和醇水溶液，溶剂为水和醇
的混合溶液，
(4)将上述成型颗粒浸入溶液中，控制浸渍的时间5-30分钟，浸渍完成后将颗
粒与浸渍液分离，
(5)微波干燥负载了活性组分的氧化物载体颗粒，微波功率为150-400W,干燥
时间1-5min，
(6)焙烧上述负载了活性组分的氧化物载体颗粒，焙烧温度350‐600℃，升温
速率2‐10℃/min，焙烧时间2‐6小时，获得甲烷化催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种活性组分非均匀分布低温甲烷化催化剂的制备方
法，其特征在于所述甲烷催化剂以氧化物为载体，负载活性组分和助剂组分；
所述活性组分为镍；其含量以氧化物计，为催化剂质量的5-25％；
所述助剂组分为Mg、Ca、Zr、Ce、La、Mn或Cr一种或几种，其含量以
氧化物计，为催化剂质量的5-40％；
催化剂余量为载体，所述载体为氧化铝、二氧化硅、二...
【专利技术属性】
技术研发人员：王树东，周谨，袁中山，彭家喜，王胜，高典楠，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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