[发明专利]一种低温甲烷化催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化领域，更具体的说，涉及一种用于低温甲烷化脱除氢气中微量碳氧化物的催化剂。

背景技术

在催化领域中，“雷尼法”是一种活性金属催化剂的制备方法，该方法是先制备含有活性金属的二元以上合金，然后将至少一种金属提取出来，剩下的具有多孔结构的金属具有较高催化活性。这种方法也称为“活化”。例如，最早由美国M.Raney发明的雷尼镍催化剂（Industrial and Engineering Chemistry,1940,Vol.32,1199），其先制备镍铝合金，然后通过强碱溶液溶去合金中的铝元素，剩下的镍金属具有多孔结构，具有很高的催化活性。

甲烷化催化剂主要用于乙烯装置或者合成氨装置中粗氢中微量碳氧化物（主要是CO）的深度脱除，一般要求粗氢中的碳氧化物经甲烷化反应器须脱除至小于5ppm。

甲烷化催化剂主要包括Ru系催化剂和Ni系催化剂。由于Ru金属昂贵，所以工业的应用很少。目前得到普遍应用的甲烷化催化剂主要是负载型Ni催化剂。负载型Ni催化剂还分为高温催化剂和低温催化剂。在乙烯装置中，高温催化剂操作温度一般为280-350℃，低温催化剂操作温度一般为150-200℃。低温甲烷化催化剂具有节能、环保、安全、经济的优势，高温甲烷化工艺将逐渐被低温甲烷化工艺取代。

低温甲烷化工艺对催化剂活性要求非常高，为了获得低温高活性，一般需要制备Ni负载量很高的催化剂，传统方法制备高Ni负载量催化剂的工序复杂，加工成本高，并且传统甲烷化催化剂需高温焙烧，高温焙烧势必造成相当多的金属颗粒烧结，使得活性金属的利用率低，所以催化剂的反应活性不高。

综上所述，在现有技术中，由传统方法制备低温甲烷化催化剂其工序复杂，加工成本高，并且催化剂活性较低，因此开发一种制备方法简单并且具有更高活性的低温甲烷化催化剂对于甲烷化工艺具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供了一种低温甲烷化催化剂，该催化剂制备方法简易，活性金属的负载量高，且活性金属的利用率也高，用于低温甲烷化反应具有很高活性。

本发明所述的低温甲烷化催化剂，其包括：有机高分子材料载体、负载在有机高分子材料载体表面的雷尼合金粒子，所述的雷尼合金包括镍、铁、铬、镧和铝。

优选地，在所述的雷尼合金含中，镍为30-60wt%、铁为0.01-5wt%、铬为0.01-5wt%、镧为0.01-5wt%的和铝为30-60wt%。

优选地，低温甲烷化催化剂中的雷尼合金粒子以部分嵌入有机高分子材料载体中的形式负载在载体表面，“雷尼合金粒子部分嵌入有机高分子材料载体中”是指每一个雷尼合金粒子都有一部分嵌入载体中。所述的雷尼合金粒子部分嵌入有机高分子材料载体中是通过在载体成型加工温度条件下或未固化定型的条件下，模压被雷尼合金粒子包覆的载体达到的。

在热和压力的双重作用下，有机高分子材料载体产生软化变形，雷尼合金粒子被部分压入软化的载体中，在粒子部分压入的同时，软化的载体会在粒子周围溢出，溢出的载体不仅起到牢固地固定粒子的作用，并且在溢出的载体表面上又会压入其他粒子，如此反复，使雷尼合金粒子部分压入所有可能压入的载体表面中。如上所述，本发明有效的利用了载体表面区域，使得催化剂负载的活性金属含量很高。此外，由于雷尼合金粒子部分嵌入载体中，粒子周围的载体作为牢固地固定物，使催化剂具有很好的稳定性。

优选地，所述的雷尼合金粒子的平均粒径一般为0.1～1000微米，优选为10～100微米。

为了提高催化剂活性或者选择性，雷尼合金还可以引入促进剂，促进剂选自Mo、Ti、Ru、Pd、Pt和Rh中的至少一种，形成多元组分的雷尼合金，促进剂的量为雷尼合金总量的0.01～5wt%。