甲烷化催化劑制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及包含設(shè)置在基材上的催化元素的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在約0和約0.3之間，任選在約0.01和約0.3之間，且如果存在的話，M為除Ce以外的金屬元素。還描述了所述催化劑用于催化甲烷化反應(yīng)的用途和使包含一氧化碳和氫氣的原料甲烷化的方法，所述方法包括使所述原料與所述催化劑接觸。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】通過交叉引用并入本申請要求新加坡專利申請SG201305087-7的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過交叉引用并入本文中。領(lǐng)域本專利技術(shù)主要涉及催化領(lǐng)域。更具體地講，本專利技術(shù)涉及甲烷化反應(yīng)的催化。背景在二十世紀(jì)70年代的能源危機期間，有人提議使用代用天然氣(SNG)。現(xiàn)今，由于SNG生產(chǎn)可潛在地減輕溫室氣體排放并增強能源和化學(xué)資源的多樣化，SNG變得日益重要。結(jié)合氣化和催化甲烷化技術(shù)可實現(xiàn)由例如煤炭、生物質(zhì)和廢物等多種原料生產(chǎn)SNG。目前，全世界正建造多個商業(yè)SNG工廠。具體地講，煤制SNG技術(shù)正變成中國煤基化學(xué)工業(yè)的新焦點。例如，中國正考察約15個煤制SNG項目。據(jù)估計，在2015年中國將具有約2×1010Nm3/年的SNG產(chǎn)能。簡化的SNG生產(chǎn)過程如下：原料，即煤炭和生物質(zhì)→氣化→氣體凈化和調(diào)節(jié)→燃料改質(zhì)。在商業(yè)SNG生產(chǎn)中的步驟之一是甲烷化，這是由例如衍生自煤炭、生物質(zhì)和廢物的氣化的那些氣體的氣體混合物產(chǎn)生甲烷的反應(yīng)。因此，需要足夠強以用于催化甲烷化反應(yīng)且確保高甲烷產(chǎn)率的催化劑。因為催化劑表面的硫中毒代表著催化領(lǐng)域且更特定地甲烷化催化領(lǐng)域的一項重大挑戰(zhàn)，所以還需要具有包括抵抗硫中毒的良好化學(xué)和物理穩(wěn)定性的催化劑。另外，因為在催化劑表面上的焦炭沉積可導(dǎo)致催化活性和選擇性下降，所以需要具有改進(jìn)的抗生焦性的催化劑。本專利技術(shù)的一個目的至少部分地滿足上述需要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)人已經(jīng)確定，在與常規(guī)催化劑比較時，包含設(shè)置在基于氧化鈰的基材上的例如金屬鎳的催化元素的催化劑在用于催化原料且尤其是包含硫的原料的甲烷化反應(yīng)時引起催化性能顯著改進(jìn)。因此，在第一方面，本專利技術(shù)提供包含設(shè)置在基材上的催化元素的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在約0和約0.3之間，任選在約0.01和約0.3之間，且其中M(如果存在的話)為除Ce以外的金屬元素。以下選項可結(jié)合第一方面單獨地或以任何合適的組合使用。所述催化元素可為金屬。所述金屬可為過渡金屬，例如其可選自Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni和Ir。因此，所述催化元素可為Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir。特定地講，所述催化元素可為金屬，例如其可為金屬鎳，或者可為金屬鈷、或金屬鈀、或金屬鉑、或金屬鐵、或金屬銠、或金屬釕、或金屬銥。在一些情況下，其可為這些金屬中任意兩種或更多種的混合物或合金，或者可為這些金屬中任一種與某些其他金屬的混合物或合金。所述基材可為微粒。所述基材的粒子可具有小于約0.5μm或小于約100nm的平均粒徑。在式Ce1-xMxO2的基材中，x可在約0.01和約0.25之間，或者可在約0.1和約0.2之間。例如，在式Ce1-xMxO2的基材中，x可為約0.01，或者可為約0.05，或者可為約0.1，或者可為約0.15，或者可為約0.2。在一些實施方案中，x=0。在其他實施方案中，x>0，任選>0.01或>0.1。所述金屬元素M可為鑭系元素，或者其可為過渡金屬，或者其可為堿土金屬，例如，所述金屬元素可為過渡金屬。所述過渡金屬可為Y。所述金屬元素可備選地為鑭系元素。所述鑭系元素可選自Sm和Gd。其可為Sm，或者其可為Gd。所述金屬元素可為堿土金屬，例如Ca。所述金屬元素對硫的親和性可比對氧的親和性大和/或可增強催化劑的硫吸附能力。在一個實施方案中，所述基材為Ce0.9Sm0.1O2。在另一實施方案中，所述基材為Ce0.9Gd0.1O2。在另一實施方案中，所述基材為Ce0.9Ca0.1O2。在又一實施方案中，所述基材為Ce0.85Y0.15O2。在又一實施方案中，所述基材為Ce0.85Sm0.15O2。所述催化劑可包括設(shè)置在基材的表面上的催化元素的區(qū)域，通常是離散或不連接的區(qū)域。所述催化劑可包含分散、例如均勻或不均勻地分散在基材的表面上的催化元素。所述催化劑可包含在約1重量%和約40重量%之間的催化元素，例如可包含在約5重量%和約20重量%之間的催化元素。所述基材的比表面積可在約10m2/g和約300m2/g之間，例如在約50m2/g和約300m2/g之間。在一個實施方案中，本專利技術(shù)提供包含設(shè)置在基材上的選自金屬Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir的催化元素的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在約0和約0.3之間，任選在約0.01和約0.3之間，且其中M(如果存在的話)為除Ce以外的金屬元素。在另一實施方案中，本專利技術(shù)提供包含設(shè)置在基材上的金屬鎳的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在約0和約0.3之間，任選在約0.01和約0.3之間，且其中M(如果存在的話)為除Ce以外的金屬元素。在另一實施方案中，本專利技術(shù)提供包含設(shè)置在基材的表面上的以催化劑的重量計在約1%和約40%之間的選自金屬Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir的催化元素的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式CeO2；其中所述基材為微粒且所述粒子具有小于約0.5μm的平均粒徑。在另一實施方案中，本專利技術(shù)提供包含設(shè)置在基材上的選自金屬Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir的催化元素的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在約0.1和約0.3之間且其中M為選自鑭系元素、過渡金屬和堿土金屬的金屬元素。在另一實施方案中，本專利技術(shù)提供包含設(shè)置在基材上的催化元素的離散區(qū)域的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在約0.1和約0.3之間且其中M為選自Y、Sm、Gd和Ca的金屬元素。在另一實施方案中，本專利技術(shù)提供包含設(shè)置在基材上的催化元素的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在約0.1和約0.3之間且其中M為增強所述催化劑的硫吸附能力的金屬元素；其中所述基材具有在約10m2/g和約300m2/g之間的比表面積；且其中所述基材為微粒且所述粒子具有小于約0.5μm的平均粒徑。在另一實施方案中，本專利技術(shù)提供包含以催化劑的重量計在約1%和約40%之間的催化元素的催化劑，其中所述催化元素為設(shè)置在基材的表面上的離散區(qū)域的金屬鎳，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在約0.1和約0.3之間且其中M為選自鑭系元素、過渡金屬和堿土金屬的金屬元素；其中所述基材為微粒且所述粒子具有小于約0.5μm的平均粒徑。在另一實施方案中，本專利技術(shù)提供包含設(shè)置在基材上的金屬鎳的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce0.9M0.1O2，(即，x為0.1)，且其中M為選自Y、Sm、Gd和Ca的金屬元素。在另一實施方案中，本專利技術(shù)提供包含設(shè)置在基材的表面上的以催化劑的重量計在約1%和約40%之間的金屬鎳的催化劑，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce0.9Gd0.1O2，(即，x為0.1)；其中所述基材具有在本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種催化劑，其包含設(shè)置在基材上的催化元素，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1?xMxO2，其中x在約0和約0.3之間，任選在約0.01和約0.3之間，且如果存在的話，M為除Ce以外的金屬元素。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2013.06.28 SG 201305087-71.一種催化劑，其包含設(shè)置在基材上的催化元素，其中，在用于催化甲烷化反應(yīng)時，所述基材具有式Ce1-xMxO2，其中x在約0和約0.3之間，任選在約0.01和約0.3之間，且如果存在的話，M為除Ce以外的金屬元素。
2.權(quán)利要求1的催化劑，其中所述催化元素為過渡金屬。
3.權(quán)利要求1或2的催化劑，其中所述催化元素選自Co、Fe、Pt、Ru、Rh、Pd、Ni或Ir。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的催化劑，其中所述催化元素為金屬鎳。
5.權(quán)利要求1-4中任一項的催化劑，其中所述基材為微粒。
6.權(quán)利要求1-5中任一項的催化劑，其中x在約0.01和約0.25之間。
7.權(quán)利要求1-6中任一項的催化劑，其中x在約0.1和約0.2之間。
8.權(quán)利要求1-7中任一項的催化劑，其中所述金屬元素為鑭系元素、過渡金屬或堿土金屬。
9.權(quán)利要求8的催化劑，其中所述金屬元素為過渡金屬。
10.權(quán)利要求9的催化劑，其中所述過渡金屬為Y。
11.權(quán)利要求8的催化劑，其中所述金屬元素為鑭系元素。
12.權(quán)利要求11的催化劑，其中所述鑭系元素選自Sm和Gd。
13.權(quán)利要求8的催化劑，其中所述金屬元素為堿土金屬。
14.權(quán)利要求13的催化劑，其中所述堿土金屬為Ca。
15.權(quán)利要求1-14中任一項的催化劑，其中所述催化劑包括分散在所述基材的表面上的金屬鎳的區(qū)域。
16.權(quán)利要求1-15中任一項的催化劑，其中所述催化劑包括在約1重量%和約40重量%之間的所述催化元素。
17.權(quán)利要求1-16中任一項的催化劑，其中所述基材具有在約10m2/g和約300m2/g之間的比表面積。
18.權(quán)利要求1-17中任一項的催化劑用于催化甲烷化反應(yīng)的用途。
19.權(quán)利要求1-17中任一項的催化劑的用途，所述用途為降低包含一氧化碳和氫氣的氣體混合物的一氧化碳含量。
20.一種使包含一氧化碳和氫氣的原料甲烷化的方法，所述方法包括使所述原料與權(quán)利要求1-17中任一項的催化劑接觸。<...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐮田博之，陳鷺薇，A博格納，泉良范，常杰，KSC鐘，
申請(專利權(quán))人：新加坡科技研究局，株式會社IHI，
類型：發(fā)明
國別省市：新加坡;SG