[发明专利]新型催化剂设计和蒸汽转化催化剂制备方法

说明书

本发明涉及一种有大面积结构的新型催化剂设计。此外本发明还涉及所述新型催 化剂的制备方法和其在蒸汽转化反应、ATR和在催化部分氧化反应(CPOX)中的应用。

蒸汽转化是从轻碳水化合物和水蒸汽中产生富氢的合成气体的广泛使用的方法。 配料，例如天然气、液化气体、石油并且还有甲烷与水蒸汽在催化反应器中吸热地转 化成高氢含量的合成气体。过程热和烟气热，例如用于产生蒸汽或者用于预热各种过 程和水流。该过程多数在大技术设备中于约550-900℃的温度并且在约25至60巴的压 力下进行，在ATR(自热转化)的情况下甚至达到约80巴。

这样的转化的反应通式为：

C_nH_m+n H₂O＝＞n CO₂+(n+m/2)H₂

例如甲烷的蒸汽转化反应为：

(1)CH₄+H₂O→CO+3H₂   ΔH＝+49.2kcal/mol

(2)CO+H₂O→CO₂+H₂    ΔH＝-9.8kcal/mol

第一个反应是一种强吸热反应，这种强吸热反应一般地需要一个转化催化剂(例 如一个镍催化剂)。

放热地催化转化所产生的一氧化碳和水蒸汽的第二个过程步骤也称为转移反应。

用常规的催化剂几何条件，例如在固定床反应器或者管式反应器中，存在的一个 课题是压力损失的最小化。在有较大表面积的小催化剂的情况下往往由于催化剂装料 而增加压力损失，因此降低了反应的利用率。在蒸汽转化的情况下附加地热加料是一 个限制因素(吸热反应)。在此值得追求良好导热的催化剂载体。这例如可以通过使用 导热陶瓷(例如SiC)或者在注模制备它之前向陶瓷坯料中添加金属(陶瓷/金属混合物) 达到。

为了降低压力损失，以前用圆筒形的空心体(Rashig-Ringe)。然而为了在这种情 况下还试图得到足够大的表面积，就要把该圆筒的壁做得薄，例如在US 4,089,941A， US 4,233,187A，GB 1,513,544和FR 2,375,138中的说明。然而这样做会导致这种催化 剂机械稳定性下降。

为了得到足够的机械稳定性，例如EP 0 192 314A1描述了一种鞍形催化剂，所述 催化剂用一种煅烧的铝酸钙陶瓷坯料制备。然而这样一种催化剂的反应表面积如同所 述空心圆桶一样受限。

另一种公知的常规蒸汽转化用的催化剂是Süd-Chemie AG公司的G-90LDP，例 如该公司在WO 2006/016983A2中所公开的那样。该催化剂用一个高耗费的多级方法 制备。这样一种催化剂同样地存有在其上进行催化反应的外表面的大小有限的缺点。

从而值得追求一种催化剂，所述催化剂提供一个较大的化学反应表面积、具有较 大的机械耐受性并且制备简单。

该任务通过一种有大面积结构的催化剂完成，所述催化剂的特征在于，所述大面 积结构由许多有圆形或者多边形截面的平行穿透孔构成，其中所述催化剂包含至少一 种可烧结材料并且有至少700N的侧耐压强度。优选的是该大面积结构具有一种蜂窝 形状(honeycomb)。

该大表面积结构通过一种成型法，优选的是在一个注模模具中注入至少一种可烧 结材料，其中所述注模方法允许任意的成型。本发明中“大面积”的概念指的是，所 述结构每cm²绕流面积有10-300个穿透孔。

从而同样属于本发明的范畴的是制备一种大面积结构的催化剂的方法，该结构具 有侧耐压强度至少700N，包含步骤：

a)把一种可烧结材料碾成粉末；

b)在所述可烧结材料中掺入一个弥散剂；

c)加热并且混合所得到的配料以得出一种塑性的坯料；

d)把所述塑料坯料注入一个注模模具中；和

e)冷却、出模并煅烧该坯料。

同样地可以向所述可烧结材料中添加一种导热的材料，例如一种金属，譬如镍等。