一種微波焙燒快速制備甲烷化催化劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及煤轉(zhuǎn)化和催化領(lǐng)域，具體是一種微波賠燒快速制備甲燒化催化劑的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] W煤制合成氣為原料經(jīng)C0甲燒化反應(yīng)制取天然氣的新途徑，但是C0甲燒化工業(yè) 催化劑一直被國(guó)外所壟斷，所W急需研發(fā)高效的C0甲燒化催化劑。目前國(guó)內(nèi)甲燒化催化劑 的載體，ΚΞ氧化二侶為載體居多，應(yīng)用中受制備工藝的局限，不易調(diào)變催化劑性能，抗積 碳效果不佳，催化劑高溫下易燒結(jié)。氧化二侶作載體的專(zhuān)利CN201210003109,采用等量 浸潰法把活性組分Ni負(fù)載到Ξ氧化二侶載體上，但制備過(guò)程繁瑣需要重復(fù)浸潰；ΚΞ氧化 二侶和二氧化鐵作復(fù)合載體載體的專(zhuān)利CN201410790610,催化劑制備過(guò)程同樣繁瑣，不利 于大規(guī)模生產(chǎn)；為提高催化劑的活性，專(zhuān)利CN201310449697W貴金屬釘做催化活性組分， 運(yùn)種方法無(wú)疑增加了生產(chǎn)成本，在推廣到工業(yè)應(yīng)用具有較大困難。由于碳化娃具有高溫?zé)?穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高等特性，碳化娃可用于催化技術(shù)領(lǐng)域，是一種良好的催化 劑載體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在利用碳化娃的特性提供一種微波賠燒快速制備甲燒化催化劑的方法。
[0004] 本發(fā)明是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種微波賠燒快速制備甲燒化催化劑的方 法，其步驟為：
[000引 （1)制備混合物
[0006] 將二氧化娃、活性炭粉末及硝酸儀混合均勻，得到均勻混合物；均勻混合物在 100°C環(huán)境下干燥保存；
[0007] 似制備催化劑
[000引 ①高壓壓片
[0009] 干燥好的均勻混合物在20MPa的壓力下壓制6min形成片狀混合物前軀體；
[0010] ②微波制備
[0011] 片狀混合物前軀體置于微波爐中間區(qū)域，調(diào)整位置，直至紅外測(cè)溫探頭測(cè)得片狀 混合物前軀體的最大溫度點(diǎn)；抽真空至真空度為0. 9MPa，通入氮?dú)庵琳婵斩葹?. 3MPa，抽 真空、通氮?dú)獠襟E反復(fù)進(jìn)行Ξ次；開(kāi)啟微波爐冷卻水循環(huán)裝置，打開(kāi)微波控制開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)微 波功率使得爐內(nèi)升溫至1300°C± 10°C，恒溫反應(yīng)20min;關(guān)閉微波控制開(kāi)關(guān)，停止加熱，抽 真空至真空度為0. 9MPa，爐內(nèi)自然冷卻至室溫后，關(guān)閉循環(huán)水；抽真空至真空度為0. 9MPa， 打開(kāi)爐口，取出，獲得粉末狀的W碳化娃為載體的儀基催化劑。
[0012] 在上述微波制備過(guò)程中，片狀混合物發(fā)生反應(yīng)，各反應(yīng)流程為：
[0013] i .硝酸儀分解過(guò)程
[0014]
[001引式中：化獅3)2:硝酸儀；化0:氧化儀柳2:二氧化氮；02:氧氣。
[0016] ii.碳熱還原過(guò)程反應(yīng)：
[0017]Si〇2+C=SiC+CO
[001引式中：Si02二氧化娃；C:活性炭；SiC:碳化娃；C0 :-氧化碳?xì)怏w。
[001引化.氧化儀的還原
[0020] NiO+C=Ni+CO
[0021] 式中：NiO:氧化儀；C:活性炭，Ni:儀，CO:-氧化碳?xì)怏w。
[0022] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有明顯的先進(jìn)性，W碳化娃為載體、W儀為活性組分，采 用微波高溫賠燒碳熱還原快速制得一氧化碳甲燒化催化劑，催化劑中活性組分分散均勻， 在高溫下具有高催化活性，催化反應(yīng)中熱穩(wěn)定性好、良好的抗積碳性能。此制備方法采用微 波賠燒工藝，大大減少了傳統(tǒng)管式爐制備耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，制備工藝流程短、快捷迅速、原 料配比合理、數(shù)據(jù)翔實(shí)準(zhǔn)確、產(chǎn)物穩(wěn)定，是制備一氧化碳甲燒化催化劑的十分理想的一種方 法。
[0023] 進(jìn)一步，為了提高原料的利用率，本發(fā)明限定了活性炭粉末的加入量：所述活性炭 粉末的加入量能夠保證在微波制備過(guò)程中二氧化娃完全反應(yīng)獲得碳化娃，并且硝酸儀分解 后的氧化儀形成活性組分Ni。
[0024] 另外，所述W碳化娃為載體的儀基催化劑進(jìn)一步進(jìn)行了精制步驟，該步驟為：
[00幼①高溫除碳
[0026] 粉末狀的W碳化娃為載體的儀基催化劑置于馬弗爐內(nèi)，空氣氛圍下70(TC賠燒 2h，除去未反應(yīng)的活性炭；
[0027] ②酸洗除娃
[0028] 按照體積比為3:1分別量取濃度為38%的氨氣酸W及濃度為68%的濃硝酸，加水 稀釋至混酸體積的1. 5倍，除碳后的催化劑置于混酸溶液中，靜置24h;
[0029] ③離屯、、分離
[0030] 含有催化劑的混酸溶液在1000化/min的轉(zhuǎn)速下離屯、8min，去除上清液，清洗至殘 留物表面抑為7;
[0031] ④干燥、賠燒
[003引殘留物于100°C環(huán)境下干燥12h，然后置于馬弗爐內(nèi)，空氣氛圍下550°C賠燒2h，完 成精制。
[0033] 上述精制的步驟，能夠提高活性組分儀在催化劑中的含量W及催化劑的催化效 率。
[0034] 進(jìn)一步，步驟（1)制備混合物中均勻混合物的混合是在瑪瑤球磨罐內(nèi)密封進(jìn)行 的，球磨的轉(zhuǎn)速為5(K)r/min，W正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)各5min為一個(gè)球磨周期，運(yùn)行十個(gè)周期。步驟 (1)制備混合物中活性炭粉末的制備方法為：木質(zhì)活性炭在l〇〇°C下干燥1化后，在瑪瑤球 磨罐內(nèi)密封，設(shè)定球磨的轉(zhuǎn)速為50化/min,W正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)各5min為一個(gè)球磨周期，運(yùn)行Ξ個(gè) 周期；然后過(guò)200目篩，獲得活性炭粉末。
[0035] 而且，精制后的W碳化娃為載體的儀基催化劑中儀的質(zhì)量百分含量為5~10%。
[0036] 本發(fā)明所述的碳化娃載體具有高溫?zé)岱€(wěn)定性好、導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高等特性，能 夠避免催化劑床層的熱積累，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，能夠承受更高的反應(yīng)溫度和空速；另 夕F，本發(fā)明簡(jiǎn)化了現(xiàn)有技術(shù)的制備流程，并未引入涂層，能夠獲得更高的儀載量，還能避免 涂層型整體催化劑中涂層剝落導(dǎo)致活性組分的流失。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為采用本發(fā)明所述方法制備獲得的甲燒化催化劑的形貌圖，由圖可W看出： 催化劑表面提供了許多活性組分附著位點(diǎn)。
[0038] 圖2為甲燒化催化劑的X-射線衍射強(qiáng)度圖譜，圖中：縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為 衍射角2Θ，圖中44. 522。、58. 420°、70. 980°為活性組分Ni的標(biāo)準(zhǔn)衍射峰，Ni衍射峰強(qiáng) 度弱，說(shuō)明活性組分分散度高，圖中35. 597。、41.383°、59. 977。、71.777° 75. 492°為 碳化娃標(biāo)準(zhǔn)衍射峰，說(shuō)明碳化娃屬于3C-SiC晶型。
[0039] 圖3為各質(zhì)量百分含量?jī)x的催化劑活性評(píng)價(jià)圖，由圖可知：催化劑在高溫段具有 良好的穩(wěn)定性，同時(shí)在高溫段催化劑活性沒(méi)有發(fā)生失活、燒結(jié)等，一氧化碳依然具有較高的 轉(zhuǎn)化率。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為：二氧化娃、活性炭、硝酸儀、氨氣酸、硝酸、去離子 水、氮?dú)猓錅?zhǔn)備用量W克、毫升、厘米3為計(jì)量單位：
[00411
[0042] 對(duì)制備所需的化學(xué)物質(zhì)材料進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度、濃度控制：
[0043]
[0044] (1)制備混合物
[004引①干燥活性炭
[0046] 稱(chēng)取木質(zhì)活性炭60g±0.OOlg，放入100°C烘箱中干燥12h。
[0047] ②研磨活性炭
[0048] 將干燥好活性炭分別放入瑪瑤球磨罐中并密封，設(shè)定球磨轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/min,W正 轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)各5min作為一個(gè)球磨周期，運(yùn)行Ξ周期。
[0049] ③篩分
[0050] 將磨好的活性炭用200目篩網(wǎng)過(guò)篩，留取活性炭粉末，保存待用。
[005。④混合
[0052] 按照娃碳摩爾比3:1的比例，稱(chēng)取