贵金属催化剂制备
烃类转化成含有氢气和一氧化碳的气体在现有技术中是公知的。这些方法的例子包括催化蒸汽重整、自热(autothermal)催化重整、催化部分氧化和非催化部分氧化。这些方法都各有优缺点，且能制备各种比例的氢气和一氧化碳，也就是已知的合成气。部分氧化是放热反应，其中烃气体(如甲烷)和含氧气体(如空气)在高温下与催化剂接触，生成包含高浓度氢气和一氧化碳的反应产物。用在这些方法中的催化剂通常是贵金属(如铂和铑)和其它过渡金属(如位于合适载体上的镍)。部分氧化方法使含烃气体(如天然气或石油脑)转化成氢气(H2)、一氧化碳和其它微量组分(如二氧化碳(CO2)、水(H2O)和其它烃)。这种方法通常是这样进行的，即把经预热的烃和含氧气体注入燃烧室中，在这里烃与小于完全燃烧化学计量量的氧气发生氧化。这个反应是在非常高的温度下进行的，如超过700℃，通常超过1000℃，且压力上升到150大气压。在一些反应中，蒸汽或CO2也被注入到燃烧室中，以改变合成气产物和调节H2与CO之比。这些现有技术的部分氧化方法的一个明显缺陷是需要较高的温度来引发反应。如上所述，部分氧化反应是放热的，且当反应开始时，反应产生的热量会使之保持高温而不要加入外部热能。但是，因为这种方法需要超过约350℃的温度来启动或引发反应，通常需要外部热源。当然，这需要额外的资本投入，并增加了工程复杂性，从而降低了其商业上的吸引力。因此，一直需要其它有吸引力的方法来在低温下引发反应。而且，在通过烃类部分氧化生成合成气时，作为燃烧反应的结果也可形成少量的H2O和CO2。燃烧反应是不希望的，因为它们与部分氧化反应竞争可利用的氧气源，导致降低了所希望的烃转化率。因此，希望使燃烧产物(如H2O和CO2)的形成最小化，并提高所需产物(如H2和CO)的选择性。
本发明的一个方面是提供一种金属催化剂，它主要包括由沉积在陶瓷单块上的铈土涂层担载的金属；以陶瓷单块计，铈土涂层的重量百分数在约5-约30％之间。另一个方面是提供一种制备金属催化剂方法，它包括：(a)提供陶瓷单块；(b)在陶瓷单块上形成铈土涂层；(c)把金属混入铈土涂层中，形成金属浸渍的铈土涂层；和(d)把金属浸渍的铈土涂层暴露在还原气氛中；其中金属选自至少一种镍、钴、铁、铂、钯、铱、铼、钌、铑和锇；陶瓷选自至少一种氧化锆、氧化铝、氧化钇、二氧化钛、氧化镁、铈土和堇青石；以陶瓷单块计，铈土涂层的重量百分数在约5-约30％之间。可使用两种方法来制备本发明的金属催化剂。在一种方法中，通过把单块基材暴露在合适的含铈源(如铈盐溶液)下，将铈土涂层形成在单块上。然后在随后的步骤中把金属混入铈土涂层中。在另一种方法中，通过引入基体形成剂，改变单块表面的形态，从而在单块上形成多孔基体结构。然后把铈土层涂覆在基体结构上，接着用金属浸渍。铈土涂层和基体或单块基材之间的强粘合提供了一种金属催化剂，在制造或反应过程中，所述催化剂即使在严格的加工条件下也能保持机械强度。制备金属催化剂的细节如下述。在一种方法中，首先把多孔陶瓷单块基材(如包含耐火材料，如氧化锆、氧化铝、氧化钛、氧化钇、氧化镁、铈土或堇青石)浸入合适的含铈的盐溶液中。在室温下干燥后，涂覆的陶瓷单块在高温下烧结，如在约400℃和约800℃之间，优选在约500℃-约600℃之间。铈土的鳞形(scale-type)结构体形成在基单块的表面上。铈土涂层和单块之间的结合足够强，能经受住高温和高空速的严格反应条件，如约1000℃和约400000小时-1的空速。
制备金属催化剂的另一种方法还包括在形成铈土涂层之前提高单块基材的表面积。这是通过在单块上形成多孔基材层来实现的。当浆料涂覆的单块在较高温度(如约1200℃-约1600℃)烧结时，就形成多孔基材结构体。这种基材改性的单块在基材和氧化锆单块之间显示出良好的粘合。然后可在多孔基材层上形成铈土涂层，使用前述技术，利用湿润浸透把合适的金属混入铈土涂覆的基材中，得到的催化剂体系即使在严格的反应条件(如高温和高流量的原料气乙基产品气)下也非常稳定。该金属催化剂随后被适当还原。