合成气完全甲烷化催化剂技术研究

作者：白治新

（伊犁新天煤化工有限责任公司 新疆 835000）

引言

        催化剂的高效性与节能性是毋庸置疑的，经过催化剂的催化，使得煤与石油等多途径来合成和供给天然气，达到能源的有效利用，能够给能源带来颠覆性的改变，把我国能源种类不均衡的现状加以扭转，实现能源的多元可转化。  

1、甲烷催化剂组成的分析

        催化剂通常由三部分组成，分别是活性组分、助剂以及相应的载体，下面逐一阐释其组分的作用以及特点。

（1）催化剂中活性组分作用及特点

        因为催化剂的特殊性，其活性组分的一般在元素周期表上集中在第八族过渡金属，其中最常用的为Ni。Ni基催化剂有着众多的优点，如与一氧化碳结合后甲烷化效果好，具有与甲烷相互兼容的特点，没有排斥性，且其价格相对较低， 在工业的生产发展上有着非常好的经济基础。Ru基催化剂也是在催化剂中较为常见的一种金属元素，其活性要比Ni基催化剂的效果还要好，而且还有一些Ni基没有的抗积炭的性能特点，与之相近的Pd、Rh等金属作为活性基体，同样具有相差不大的问题，但是他们都有一个共同的工业生产短板， 就是价格相对昂贵，且我国储量不大，所以在工业上推广困难。我国的众多科学家在探究催化剂活性组分的道路上也取得了一些成果。徐亚荣教授制备的Ni基催化剂有着超强续航使用能力，在持续使用一个月多的时间，仍能保持较好的甲烷化催化活性。其转化率在特定的高温等条件下，经过多段反应能够趋近百分之百。除此之外还有唐吉山以及国外等众多科学家都在这个领域探究出不一样的成果。

（2）催化剂中助剂作用及特点

        在催化剂中加入助剂的主要目的，是协助催化剂更好地实现甲烷化。如CeO₂助剂加入到三氧二铝-Ni时，可以非常有效地分散提升Ni的分散度，这样就能在与一氧化碳反应的时候，增加Ni的负载能力，最大化地利用Ni的活性。在探究过程中，经过多组定量趋近实验，CeO₂在添加含量上的最佳值为百分之一点五。这个参数在工业使用生产时至关重要，可以避免材料的浪费以及制品的最优化。

        Ni/Al₂O₃催化剂是较为常见的催化剂，研究人员发现加入Ti0₂能够提高材料表面的分散程度，加强其还原性能，进而是催化性能增加。加入MgO以及加入La₂O₃时，催化剂的化学稳定性大大加强，且有效地降低了进行还原反应时所需的温度要求，也有着分散的能力。但是还是需要不断寻求最优配比，才能实现工业生产的便捷。

（3）催化剂中载体的作用及其特点

        载体是承载催化剂活性的重要平台，一般为氧化物，常用的有氧化镁、三氧化二铝以及氧化硅、氧化锆和氧化钛， 这上面的这些载体在装载之后按照上面的顺序甲烷化的效果不断提高，但是我们要知道其作用原理以及结合的原理，在与经济性相结合，才能把载体选好。当前热门的并不是单一的载体物质，而是复合的载体，因为把不同的载体进行复配结合之后，就会有众多的优良性能，如有更大的比表面积、更低的温度需求、更好的反应效果、更低廉的价格，因此复合型的载体是当今的研究热门和重点，主要需要解决不同元素之间的兼容问题，但是由于化学元素相近，所以元素之间的排斥性不算太强。

2、常用的甲烷化催化剂制备方法简单分析

（1）干混法制备催化剂

        所谓的干混就是不借助其他的外加溶剂，将所需的物料进行混合。催化剂活性组分Ni在外力剪切作用下可以牢牢的镶嵌在三氧化二铝上，且经过测试催化的效果很好，但是干混有一个明显的弊端，因为其在高速运载的同时，也很容易使得活性组分与载体发生分离，失去了载体的承载，催化剂将会失活。但是如果镶嵌结合成功的催化剂，在实验中的催化效果要比浸渍等方法制作出来的催化剂催化效果要更强。

（2）浸渍法制备催化剂

        浸渍法制备催化剂操作简单，只需要将催化剂所需的不同组成部分在溶液下浸泡混合搅拌，但是浸渍法在催化量产时，容易出现孔道内外分布不均，这样的成品就没有很好的结构，为后续加工造成困难。但是由于充分的浸渍混合，使得相容性很好，所以还原性也很好，活性组分的分散效果也十分均匀。

（3）沉淀法制备催化剂

        沉淀法制备的最大优点是能够拥有较大的比表面积， 在形成沉淀的过程中，由于原料的沉降以及各组分之间的自由组合，自然地形成了结合排布，其原理是利用了组分之间的沉淀反应，将所需要的催化部分变为难溶解组分从溶液中脱离，形成催化剂，之后在进行系列的烘干、干燥操作，就能得出成品。

（4）溶胶凝胶法制备催化剂

        溶胶凝胶法的特殊性，让催化剂具有了相较于其他几种方法所能得到的更大的比表面积，且相对稳定。因为溶胶的柔软性以及粘弹性的影响，催化剂的强度和刚度在工业生产时可能会受到限制，但是由于凝胶的缓慢凝结过程，其稳定性较好，在较高的温度下仍能保持正常的催化活性。    

3、现阶段甲烷化催化剂的开发现状前景简单分析

        由于我国科研水平的限制，我国甲烷化催化剂的研究工作者目前主要致力于固定床反应和特殊温度压力下的稳定测试及其机械性能参数的考究，并没有深入到催化剂的烧结深层机理以及各种载体和助力的协助和作用机制。我国是多煤少气的国家，研究出新型的转化催化技术，实现能源之间的转换，是科学工作者的职责，探究出新型的工艺制备方法， 开发出适合我国资源现状的甲烷化催化剂技术，能够有效的改善我国资源种类的不协调问题，缓解能源的供需压力。能源是国家正常运行发展的动力，它关系到人类活动的方方面面，由于能源具有一定的战略意义，所以国内外能源工作者都致力于研究能源转化的方法及可行性，合成气甲烷化的特点有很多：干净清洁、使用方便、效率好，所以让其他能源转化催化成合成气的研究，注定需要引起重视。这样才能保证技术的发展以及社会的稳定，国际局势的平稳。

结束语

        能源对于国家的发展来说具有很大的价值。我们知道甲烷是一种清洁能源，干净无害方便运输，所以把其他形式的能源在催化剂的作用下进行能源转变，是非常值得研究的事情，也是我们在不久的将来能源日益减少不得不面临的现状。催化剂的研制发展，让我们看到了新型能源的未来，看到了能源的多元化，也看到了一个大国的发展正在有条不紊的进行。

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