[发明专利]用于乙酸自热重整制氢的锂铝水滑石衍生镍基催化剂

说明书

本发明涉及一种乙酸自热重整制取氢气的锂铝水滑石衍生镍基催化剂。针对现有催化剂在乙酸自热重整反应中存在的催化剂结构的变化和活性组分的氧化及烧结，导致催化剂的失活的问题，提供一种结构稳定、耐烧结、抗积炭、耐氧化的新的催化剂。本发明的催化剂的化学成分是(LiO_0.5)_a(NiO)_b(AlO_1.5)_c，其中a为1.47‑3.63，b为0.38‑0.60，c为2.00‑4.00。本发明采用共沉淀法制备了Li‑Al碳酸根型水滑石结构的前驱体，经过焙烧得到锂部分取代的镍铝尖晶石的Li‑Ni‑Al‑O复合氧化物催化剂，促进了含碳中间物种的气化，提高了该催化剂在乙酸自热重整反应中的热稳定性和催化活性。

技术领域

本发明涉及一种用于乙酸自热重整制氢的镍基催化剂，特别是涉及一种以锂铝水滑石结构为前驱体的用于乙酸自热重整制取氢气的镍基催化剂，属于乙酸自热重整制取氢气的领域。

背景技术

现今，人类赖以生活、生产的主要能源仍旧是天然气、石油等化石能源；但资源匮乏、温室效应、大气污染等生态环境问题日益突显，各国对清洁能源的开发利用越来越关注。近年来，氢能已经成为各国科学家们研究的热点，主要是因为其能量密度高、导热性能好、燃烧性能好、贮存形式多样、来源广泛。

现行的制氢方法包括水电解制氢、石油催化裂解制氢以及天然气催化重整制氢。不过，水电解制氢成本较高，消耗的电能已经高于氢本身燃烧所产生的能量；天然气等化石燃料蒸汽催化重整制氢，也受到制氢原料的限制。生物质是一种理想的氢源：资源丰富且可再生，是一种环境友好能源。但生物质分布分散且能量密度低，可通过高温热解过程将生物质转换为液态的、能量密度更高的生物质油；生物质油的主要成分为乙酸，故研究者往往选择乙酸作为研究对象，探究乙酸催化重整制取氢气的过程。

乙酸可通过蒸汽重整过程获得较高纯度的氢气，该方法是目前重整制氢方式中常用的一种，但是蒸汽重整过程为吸热反应，其所需的热量由外界提供。而自热重整(CH₃COOH+xO₂+yH₂O→aCO+bCO₂+cH₂)是将蒸汽重整与部分氧化重整相结合的过程，因此可以实现热量的自我平衡。

催化剂的选择对于自热重整过程中高效转化生物乙酸制取氢气尤为重要。在现阶段，用于自热重整过程的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂如Pt、Ru、Pd等，在乙酸自热重整中有较高的催化活性和较好的抗积碳能力，但昂贵的价格限制了其工业应用。非贵金属催化剂如Co、Cu、Ni、Fe等也被用到催化重整制氢过程，成本较贵金属低。其中镍基催化剂具有较高的活性，能促进乙酸分子中碳碳键及碳氢键的断裂，因此将Ni基催化剂用于乙酸自热重整的过程是一个较好的选择。

Ni基催化剂能促进乙酸分子的活化，乙酸经活化后产生CH₃COO*、CH3CO*等中间产物，进一步分解产生氢气、CO、CO₂等产物；同时，乙酸还会发生脱水和酮基化等副反应，产生丙酮、乙烯酮等中间产物，丙酮、乙烯酮、CH_x等含碳物种进一步发生缩聚反应形成积碳，覆盖Ni活性位点，使反应活性降低。另外，由于在反应过程中通入了氧气，氧气在反应器前端被消耗，使得反应器前端温度升高，Ni粒子在高温下聚集长大，发生烧结而失活；同时，氧气还会氧化金属Ni使其失活。随着反应的进行，反应器前段不断向催化床层后端移动，最终导致整个催化床层发生烧结、氧化，丧失催化活性。