[发明专利]一种新型耐高温载体及催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型耐高温载体及催化剂的制备方法，该催化剂可以适用于烃类(天然气、煤层气、油田气)蒸汽转化制合成气(氢和一氧化碳)、高温催化燃烧反应、自热式转化造气等。以该载体制备的催化剂在高温1400℃以上时使用良好。

背景技术

由于天然气(煤层气)转化造气是高耗能的工业过程，近年来，世界各国都在对天然气制合成气技术进行研究并竞相开发节能型的转化工艺。目的是降低操作成本，提高转化炉的热效率，减少烟道气排放量，并可获得不同组成的合成气。国外各大公司如Lugi的联合转化工艺(LCRP)、Kellog公司的换热式转化器(KRES)、ICI公司的气体热交换炉(GHR)和Uhde公司的组合式自热转化炉(CAR)等。正在开发的新工艺有Topsφe公司的自热式转化(ATR)、Exxon公司的流化床催化部分氧化(AGC-21)等。

以上这些新工艺其核心为节能、降耗、减排及调整合成气组成以满足下游的要求的目的。必须指出的是无论是采用纯氧，还是采用富氧空气，当原料气混合燃烧时，由热辐射从火焰中心对流传热至催化剂层时，温度可达1100℃～1400℃。高热流强度的转化炉上部，不仅影响到喷嘴的安全操作，而且还可能造成将催化剂烧结而中止反应进行。因此，一种性能优良的高温转化催化剂，必须具备在高温条件下保持稳定的结构、活性组分有足够的分散度和抗氧化性能好等特征。

目前国内几乎所有型号的转化催化剂都难以长期承受上述的苛刻条件，表现在1400℃时其收缩率和失重均在10％以上，催化剂孔道塌陷；活性金属镍的晶粒度随温度上升而迅速长大并熔结，NiO与载体发生强相互作用生成难以还原的NiAl₂O₄尖晶石等，转化活性下降超过20％。根本原因是这些催化剂载体高温稳定性满足不了新工艺的要求。

综上所述，高温转化催化剂的研制关键在于高温载体材料制备。目前，国内在此方面的研究还远远不够，所以研制新一代耐高温载体和相应的催化剂是开发造气新工艺的关键，也是扩大现有二段转化催化剂的温度使用范围和延长其使用寿命的有效手段，具有重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的，研制一种耐高温载体(该载体孔容在0.2～5ml/g、比表面积1～10m²/g)以满足新的自热式转化造气、部分氧化造气、高温催化燃烧等新工艺的要求，同时为长寿命二段转化催化剂研制提供性能更优的载体材料，从而制备出了性能优良的耐高温的载体及催化剂。

本发明所述的催化剂是用耐高温的MgAl₂O₄代替现有的α-Al₂O₃载体，以通过熔点更高的III、IV、V副族元素的M氧化物对MgAl₂O₄的修饰来达到更好的耐高温性能，通过对原料粒度、造孔剂、烧结温度和速度来达到控制和稳定载体孔道结构，从而制备出高活性、稳定性、耐高温载体及催化剂。

本发明的目的是这样实现的：

(1)首先，以α-氧化铝、重质氧化镁、MO_X、硬脂酸镁为原料，按一定重量比进行球磨混合6hr，然后压制成型，再高温1300～1500℃焙烧制备出载体。载体的孔容0.2～5ml/g、比表面积1～10m²/g。

(2)将上述载体(M)MgAl₂O₄在预先配制Ni(NO₃)₂溶液中的浸渍液中在50℃～80℃水浴条件下，将载体浸渍40～90分钟，然后烘干，在400℃-700℃焙烧分解。

(3)将上述步骤再次重复一次即可制得成型的催化剂。

按重量百分比计的催化剂组成：

载体组成

催化剂的主要物化参数为：

物相：α-氧化铝、重质氧化镁、MO_X、硬脂酸镁、氧化镍

孔容：0.2～5ml/g、比表面积1～10m²/g。

本发明有以下优点：

1.作为助剂的耐高温材料MO加入到镁铝尖晶石载体中明显的提高了载体的耐高温性能，保证催化剂在使用中不会造成孔道塌陷，另外还在一定程度上阻止高温下镍铝尖晶石的形成。

2.在催化剂的制备工艺方面，载体以浸渍的方法，可以提高载体表面负载Ni和助剂的能力，同时也使Ni和助剂M的分散度更好，具有更多活性中心，提高催化剂的稳定性和耐高温的性能。