[发明专利]用于乙醇水蒸气预重整制氢的花球状催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于乙醇水蒸气预重整制氢的花球状催化剂及其制备方法，属于化学催化剂技术领域。

背景技术

自20世纪下半叶以来，世界各国都投入巨资进行洁净新能源的研究与开发，中国也早在“六五”期间就开始了相关的研究工作。其中，氢能作为一种理想的清洁能源，引起了人们的广泛关注。目前，氢能的利用形式主要有两种，一是通过先进的发电装置，如燃料电池，将氢能转化为电力；二是直接或间接的(如通过乙醇的水蒸汽预重整乙醇裂解为小分子氢、甲烷、一氧化碳)将氢燃烧，使氢能转化为热能或电能。

燃料电池已有一百多年的研究历史，但直至20世纪90年代才实现技术上的真正突破。随着各种实用型燃料电池的研制成功，人们逐渐看到了氢能作为清洁能源的意义所在。而日益严重的地球环境污染问题和石油资源的枯竭，使氢能的开发和利用成为本世纪的科技主题之一。燃料电池等温地按电化学方式直接将化学能转变为电能。它不经过热机过程，因此不受卡诺循环的限制，能量转化效率高(40-60％)，环境友好，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。而且，二氧化碳的排放量也比常规发电厂减少40％-60％以上。正是由于这些突出的优越性，燃料电池技术的研究和开发倍受各国政府与大公司的重视，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。

燃料电池作为开发利用氢能的发电装置，可以使用不同的燃料。按燃料的来源，燃料电池可分为3类。第1类是直接式燃料电池，即其燃料直接用氢气或轻醇类；第2类是间接式燃料电池，其燃料不是直接用氢，而是通过某种方法(如重整转化)将轻醇、天然气、汽油等化合物转变成氢(或氢的混合物)后再供给燃料电池发电；第3类是再生式燃料电池，它是指把燃料电池反应生成的水，经过电解分解成氢和氧，再将氢和氧输入燃料电池发电。间接式燃料电池用于车载动力源和地面电站以及直接式醇类燃料电池用于便携用电器是当前燃料电池技术的研究热点。

与燃料电池的其它氢燃料相比，乙醇具有独特的优点：第一，从原料来源看，乙醇除了可从化石资源中获取，还可从自然界中直接获取，如通过纤维素和糖类的发酵制取，通过生物质降解等，因此，化石资源耗尽后，仍可利用地球表面植被和作物来获得乙醇作为燃料，开发使用氢能；第二，是乙醇在存储和处理上的安全性。乙醇常温常压下液态，还可处理成固态的，利于存储和运输。乙醇毒性低，使其在处理和使用上安全性提高；第三，乙醇在催化剂上具有热扩散性，在高活性的催化剂上，乙醇重整能在低温范围发生；第四，乙醇的能量密度明显高于甲醇和氢气；第五，乙醇作为液态氢燃料可以利用现有的输油管、加油站等基础设施，无需再投入巨资。因此，如何低温、高选择性地从乙醇中获得氢是乙醇氢燃料技术研究的关键。

目前汽车替代燃料的研究发展迅速，全球每年约有15亿美元投入到这项汽车燃料改革计划中。以宝马公司为代表的一批汽车公司开发了一系列替代燃料汽车，如宝马7系列的氢引擎汽车，直接使用高压钢瓶储装的氢气作为燃料；某些公司开发了纯无水乙醇电动混合动力车；我国在9个省推广使用燃料乙醇汽油混合动力车，即在汽油里添加10vol.％的无水乙醇，直接燃烧替代氢燃料乙醇；我国的几大汽车公司正在开发一种乙醇氢汽油混合动力车，利用汽车尾气的余热和安装在尾排管内的小型乙醇重整器对乙醇水溶液进行水蒸气重整，把重整后的小分子如氢、甲烷、一氧化碳输入汽油引擎进行燃烧，既促进汽油充分燃烧，又利用了余热、降低排放，而且显著降低30vol.％汽油用量，由于含水乙醇的成本只有无水乙醇的十分之一到二分之一，乙醇氢汽油混合动力车的综合优势胜于无水燃料乙醇汽油混合动力车汽车。乙醇重整制氢技术在乙醇氢汽油混合动力车中的应用方式对乙醇重整制氢催化剂的技术要求低于燃料电池引擎及燃料电池后备电源，乙醇重整制氢技术在乙醇氢汽油混合动力汽车上的应用可能会超前于其在燃料电池方面的应用，提前实现产业化。

发明内容

本发明目的是提出一种用于乙醇水蒸气预重整制氢的花球状催化剂及其制备方法，以便为燃料电池供氢的乙醇重整制氢机、加氢站用的乙醇重整制氢机或乙醇氢汽油混合动力车用乙醇重整器提供高稳定性、高循环性、可低温反复启动而不会失活的乙醇水蒸气预重整制氢催化剂。