[发明专利]一种甲醇合成催化剂

说明书

本发明涉及工业气氛下CO/CO₂同步加氢制甲醇的铜系催化剂，提供一种活性、寿命得到改善的甲醇合成催化剂，实现了CO/CO₂同步加氢制甲醇高效转化，该催化剂应用于合成甲醇，选择性达到100%。本发明催化剂组成包括Cu、Mo₂C和SiO₂，其中Cu的质量含量为0～25%，Mo₂C的质量含量为0～25%，SiO₂的质量含量为50～75%。本发明催化剂在使用前无需还原，便于大规模推广与应用。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种用于低温条件下甲醇合成催化剂。具体涉及工业气氛下CO/CO₂同步加氢制甲醇的铜系催化剂。

背景技术

甲醇是基础化工原料以及潜在的车用燃料和载氢体。工业甲醇生产以合成气(CO/CO₂/H₂)为原料，固定床反应器中主要采用帝国化学公司Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂。在该催化剂中，铜为活性组分，锌为助剂，二者之间的协同作用是催化剂具备高活性的关键因素，具体来说，ZnO的作用是贮存溢流氢，促进Cu活性位上的反应，Cu的分散度和Cu-Zn活性位密度决定了催化剂活性的高低；氧化铝作为载体，起到为活性物质提供支架的作用，当活性物质均匀地单层附着在高分散的载体表面即有效利用率最大时，催化剂的活性也就达到最高。上述铜系催化剂在较低的压力和温度下具有良好的催化甲醇合成的活性，且碳转化率高，产物中的杂质含量低，因而得到了广泛应用。但由于甲醇合成反应的放热量大，容易造成铜系催化剂中铜的烧结，导致催化剂失活，大大缩短了催化剂的使用寿命。

近年来，由于考虑经济性和地球变暖，甲醇合成用的原料气体通过二段改性法或添加二氧化碳变化为富碳的原料气体组成，报道的Cu系催化剂在低温条件下合成甲醇，表现出选择性不高，寿命短的问题。

因此，如何有效提高铜系甲醇合成催化剂的热稳定性，延长其使用寿命，已成为困扰本领域技术人员的研究方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有的铜系甲醇合成催化剂所存在的热稳定性差、使用寿命短的缺陷，进而提供一种耐热性好、寿命长且催化活性高的铜系甲醇合成催化剂。

本发明的有益效果还在于催化剂使用前无需还原，可直接应用于加氢合成甲醇，从而降低了反应工序，提高了经济效益。

本发明以解决上述课题为目的进行了深入的研究，开展了系列实验，获得了可以改善活性、寿命、强度甲醇合成催化剂的最适组成及其制备条件，从而完成了本发明。

本发明的催化剂含有Cu、Mo₂C和SiO₂，其中Cu的质量含量为0～25 %，Mo₂C的质量含量为0～25 %，SiO₂的质量含量为50～75 %；催化剂为孔径在2.5~8 nm，比表面积在100~180m²/g； Mo₂C为β-Mo₂C；β-Mo₂C晶面取向为100、002、101、102、110、103、200；Cu晶面取向为111、200、220；SiO₂为无定型状态；Cu为0价态或者+1价态。催化剂Cu的分散度在80%以上。并且，催化剂还可以掺入Zn、Al、K、Mg、Fe元素。

本发明利用碳化法制备的介孔Cu/Mo₂C/SiO₂催化剂，其中Cu和Mo₂C为活性中心，SiO₂为载体。增加表面积和活性中心分散度；促进原料分子CO和CO₂的吸附、活化，达到催化反应的目的。