[发明专利]抗积碳型钴基低温甲烷二氧化碳重整催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗积碳型钴基低温甲烷二氧化碳重整催化剂及其制备方法，属于甲烷二氧化碳重整催化剂制备技术领域。本发明以Co纳米粒子为活性相、Mg(Al)O复合氧化物为载体、ZrO₂为助剂，首先合成Co‑Mg‑Al‑Zr类水滑石作为催化剂单一前驱体，将活性组分、载体和助剂的前驱物均匀合为一体，然后经高温焙烧和还原处理制得了高分散负载型Co/Mg(Al)O‑ZrO₂催化剂。本发明催化剂中的Co纳米粒子呈高分散状态且与Mg(Al)O载体之间有强相互作用，同时催化剂兼具Mg(Al)O碱性性质和ZrO₂氧化还原能力，对低温甲烷二氧化碳重整（500~600℃）表现出良好的催化活性、稳定性和抗积碳性能。

技术领域

本发明属于甲烷二氧化碳重整催化剂制备技术领域，具体涉及一种抗积碳型钴基低温甲烷二氧化碳重整催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，甲烷二氧化碳重整制合成气因其环境效益和工业应用价值已成为国内外的研究热点之一。甲烷二氧化碳重整反应将自然界中两种廉价且丰富的含碳化合物CH₄ 和CO₂转化成具有较高附加值的化工原料合成气，与甲烷蒸汽重整制合成气工艺相比，合成气中H₂/CO比接近于1，更适合进一步合成含氧有机化合物或通过费托反应合成液态烃类产品等。同时，甲烷二氧化碳重整反应也是综合利用CH₄ 和CO₂两种温室气体的有效途径，不但能有效减少对大气环境的污染和对化石燃料的依赖，而且还能提供可再生的清洁能源，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。由于甲烷二氧化碳重整是一个强吸热反应，为了获得高的转化率，反应往往在高温(≥800 ℃)条件下进行，这不仅对反应设备提出了更高要求，而且需要消耗大量燃料以维持较高的反应温度，大大增加了运行成本。为此，低温甲烷二氧化碳重整(≤600 ℃)引起了越来越多的关注。它可以结合膜反应器分离技术，选择性分离H₂产物使得反应向生成合成气方向移动，从而达到低温条件下高的转化率。它也可以结合太阳能集热器，利用太阳能来维持反应温度及提供反应所需的能量，既节能又环保。

目前甲烷二氧化碳重整催化剂主要是以VIII族过渡金属为活性组分的负载型金属催化剂。其中，钌和铑等贵金属催化剂的催化性能好，但由于贵金属资源有限、价格昂贵，使其大规模工业应用受到了极大限制。因此，非贵金属尤其是Ni催化剂的研究开发引起了广泛关注。非贵金属催化剂存在的主要问题是容易因积碳、烧结、氧化而失活。其中，积碳是造成催化剂失活的最主要原因。尤其在低温反应条件下，积碳成为一个十分突出的问题，这对催化剂的设计和制备提出了更严峻的挑战。目前有关甲烷二氧化碳重整催化剂的研发主要集中于Ni催化剂，并且大多用于高温反应，而有关低温甲烷二氧化碳重整催化剂的研究报道极其有限，且其中大部分催化剂在低温反应条件下均因严重积碳而迅速失活。