[发明专利]用于天然气水蒸气重整制合成气反应过程的泡沫碳化硅结构化催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构化催化材料领域，具体地说是一种用于天然气水蒸气重整制合成气(SRM)反应过程的泡沫碳化硅结构化催化材料及其制备方法，解决传统颗粒催化剂导热性能差、床层温度分布不均匀、反应管内外温差大等问题。

背景技术

合成气是化学工业中重要的中间体，可以应用于许多高选择性合成过程，生产各种化学品和燃料。目前，合成气广泛应用于生产合成氨、甲醇，以及用于制取炼油厂加氢处理装置所用的纯氢，其在能源转化中发挥越来越重要的作用。

天然气在资源丰裕度方面比石油更具优势，在化学工业应用上受到了越来也多的关注。由于采用了抗积炭催化剂、耐热的转化管材料，以及适应性较好的工艺，天然气水蒸气重整制合成气已逐渐发展为最重要的合成气制备工艺之一。然而，实际生产中依然存在着如下突出问题亟待解决：

(1)用作转化管和集气管的高温合金钢管(如HK-40、HP50、HP-BST、25/35Cr/NiNbTi合金等)价格昂贵，成本占据总投资的绝大部分。其寿命主要受操作温度，尤其是沿管壁方向的最大温度梯度影响。若能降低沿管壁方向的最大温度梯度，使床层温度更均匀，进而降低转化管外的操作温度，将大大延长价格高昂的转化管寿命。例如，管壁温度为910℃时，HK-40耐热合金钢转化管的寿命为60000h，若温度降为900℃，则其寿命将可延长至80000h。

(2)传统的天然气水蒸气重整制合成气颗粒催化剂多以活性氧化铝或CaAl₂O₄等材料为载体，热导率较低。若要达到相同热通量的传递效果，则需要较高的温度梯度，尤其是处于辐射段的转化管部分。为了保证传热效果，转化管直径通常不超过200mm，相应地需要更多数量的转化管。因此，提高催化剂载体的热导率来加强反应过程中的传热能力，可以提高热量的利用率，降低投资成本。

(3)传统的天然气水蒸气重整制合成气颗粒催化剂床层的压降与密相装填床层的孔隙率密切相关。通常需要将催化剂颗粒做成中间含有一个或多个孔的圆柱形、球形或椭球形。即便如此，催化剂颗粒的比表面积依然不大，催化剂效率因子不高。

针对以上问题，研发新的用于天然气水蒸气重整制合成气的催化材料体系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于天然气水蒸气重整制合成气(SRM)反应过程的泡沫碳化硅结构化催化材料及其制备方法，解决传统颗粒催化剂导热性能差、床层温度分布不均匀、反应管内外温差大等问题。

本发明提供一种用于天然气水蒸气重整制合成气反应过程的泡沫碳化硅结构化催化材料，该催化材料具有三维连通网络的多孔结构，由第一载体、第二载体、催化助剂、催化活性组分构成，其中，第一载体为含铜泡沫碳化硅。

其中，所述含铜泡沫碳化硅具有三维连通网络的多孔结构，网孔尺寸优选为0.5mm～10mm，孔隙率优选为10％～90％，盲孔率优选为0，热导率优选为20W/(m.K)～60W/(m.K)，优选抗压强度≥30MPa，SiC含量优选为50％～95％，Cu含量优选为5％～50％。

所述第二载体优选自由α-Al₂O₃、β-Al₂O₃、δ-Al₂O₃、γ-Al₂O₃、θ-Al₂O₃、CaAl₂O₄、SiO₂、Fe₂O₃、MgAl₂O₄、CaTiO₃、MgO所构成的群组中的至少一种，且比表面积优选大于等于50m²/g。

所述第二载体质量与第一载体质量比优选为0.001:1～1.5:1。