[发明专利]合成甲醇催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成甲醇催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着国际原油价格的持续上涨，国际科技、能源界和各国政府都在高度关注替代石油的清洁能源问题。国内外能源公司也纷纷思考出路，寻找石油替代品。甲醇作为替代能源，无疑具有很强的经济性和现实可行性。同时甲醇作为一种基本的有机化工原料，除了用作替代能源和许多有机物的良好溶剂外，其用途十分广泛，主要用于合成纤维、甲醛、塑料、橡胶、医药、农药、染料、合成蛋白质等工业生产。

据统计，2006年底国际甲醇的总需求已达到3680万吨。由于下游需求增长的推动，未来五年世界甲醇需求量将以年均增长率5.6％速度增长，其中甲基丙烯酸甲酯需求年增速为4.7％，醋酸需求年增速为6.4％，甲醛需求年增速为3.2％。近年来，我国甲醇产业发展很快，预计我国甲醇产量到2010年将翻番。甲醇制烯烃和二甲醚将是未来驱动甲醇市场需求增长的主要动力，而我国将是甲醇需求的重点地区。

目前国内外工业化甲醇生产工艺普遍采用中、低压气相法，该工艺所采用的催化剂基本为Cu-Zn-Al的混合氧化物，这些催化剂普遍存在催化活性不高的缺点。为了克服这一缺点，近年来人们相继研究，向Cu-Zn-Al系催化剂中加入新的组分作为助剂，调变催化剂的结构、表面酸碱性、电子性质，以改善现有催化剂的活性、选择性或寿命，例如在Cu-Zn-Al催化剂中加入少量Mn、V、Cr等。由于所加入的助剂成分、含量的不同，使得催化剂活性组分的含量、结构形态、孔径比、比表面积不同，制备方法不同、反应的PH值不同，使得催化剂表面酸碱性、电子性质不同，对Cu-Zn-Al催化剂的活性影响不同，最终导致催化剂的性能差别较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种比表面积高、表面酸碱性平衡度佳、催化活性高的合成甲醇催化剂，本发明的另一目的在于利用SiO₂改性的Al₂O₃载体的结构形态，得到的载体结构稳定，有利于催化剂活性的改善，可避免助剂对催化剂性能影响的合成甲醇催化剂的制备方法。

本发明的合成甲醇催化剂，由铜、锌、铝和硅的氧化物组成，其特征在于：所述合成甲醇催化剂组分的元素摩尔比为：Cu∶Zn∶Al∶Si＝(5～6)∶(2～3)∶(0.8～1)∶(0.0016～0.05)。

上述合成甲醇催化剂组分的元素摩尔比优选：Cu∶Zn∶Al∶Si＝(5～6)∶(2～3)∶(0.9～1)∶(0.0016～0.03)。

制备本发明合成甲醇催化剂的方法包括如下步骤：

(1)将Al的可溶性盐配制成摩尔浓度为0.8～1mol/L水溶液，记为盐A液；将Na₂CO₃和Si的可溶性钠盐配制成钠离子总摩尔浓度为2.4～3mol/L的水溶液，记为碱A液；将盐A液和碱A液按催化剂的组成等体积等速并流，在温度为65℃～80℃，PH值为7～8的条件下共沉淀，得到沉淀液1；

(2)将Cu、Zn的硝酸盐按催化剂的组成配制成金属离子总摩尔浓度为0.8～1mol/L的水溶液，记为盐B液；取Na₂CO₃配制成与盐B液相同摩尔浓度的水溶液，记为碱B液；将盐B液和碱B液等体积等速并流，在温度为65℃～80℃，PH值为7～8的条件下共沉淀，得到沉淀液2；

(3)将沉淀液1、2分别混匀后按1∶6.4～1∶10的体积比例混和，在65℃～80℃温度下老化2小时，过滤、洗涤、烘干得催化剂前驱体，催化剂前驱体在300～400℃温度下焙烧4小时得合成甲醇催化剂。

上述制备方法中，Al的可溶性盐优选硝酸铝，Si的可溶性盐优选硅酸钠或偏硅酸钠。

上述制备方法中，催化剂前驱体的焙烧温度优选300℃～360℃。