[发明专利]一种甲烷制氢催化剂及其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种甲烷制氢催化剂及其制备方法及应用。本发明的催化剂的有效成分包括硅铝钛复合氧化物作为载体以及氧化钯作为活性组分，优选为蜂窝成型，以玻璃纤维作为增强剂。本催化剂的制备方法包括：首先共沉淀法制备硅铝钛复合氧化物，其次采用过量浸渍法将钯负载在硅铝钛复合氧化物，然后进行蜂窝状催化剂的挤出成型，最后对蜂窝状催化剂进行成型后处理。本发明制备的制氢催化剂具有机械强度高、活性好且生产工艺可靠，能够满足小型化甲烷制氢的需要。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体为一种甲烷制氢催化剂及其制备方法及应用。

背景技术

小型化含CH4气体重整(CH4与H2O反应)制氢，与氢能及氢燃料电池技术是未来能源技术革命中非常重要的创新技术之一，以绿色环保、高能量为鲜明特征的氢能源未来将在我国能源体系中扮演重要角色，近年来氢能燃料电池技术取得重大突破，在寿命、可靠性、实用性能上基本达到车辆使用要求，燃料电池汽车开始规模化投放市场，并鼓励新一代分布式制氢技术的创新开发。到2020年，我国以能源形式利用的氢气产能规模将达到720亿m3，加氢站数量达到100座，行业总产值达到3000亿元，到2025年，氢能可能存在爆发式增长。

燃料汽车产业的发展，加氢站建设是关键。城市加氢站的技术路线可分为三类：电解水制氢、天然气重整制氢和外供氢技术。天然气重整制氢具有制氢成本低的优点，并能充分依托现有的天然气基础设施经验来发展氢能基础设施，但其设备初始投资较大、制备的氢气需要经过纯化工艺方能满足燃料电池的要求。大规模的天然气重整制氢(1000Nm3/h)已广泛应用于化工行业，加氢站站用规模(50-200Nm3/h)的天然气重整制氢技术目前正在开发之中。与水电解制氢装置类似，整套装置集成在一个框架之内，便于运输和现场安装。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述存在的问题，提供一种甲烷制氢催化剂，能够应用于甲烷制氢，本发明还提供一种甲烷制氢催化剂的制备方法，保证所制备的催化剂的优异性能，本发明的催化剂特别适用于加氢站用。

本发明的技术内容如下：

一种甲烷制氢催化剂，所述催化剂以硅铝钛复合氧化物为载体，以钯为活性组分；

所述催化剂由以下方法制备：利用钛源、铝源及硅源采用共沉淀法制备硅铝钛复合氧化物，再将钯源前驱体负载在硅铝钛复合氧化物上经焙烧得到催化剂粉末，通过成型步骤将催化剂粉末加工为催化剂成品；

所述催化剂制备过程中，钛源、铝源、硅源及钯源的原料投料按照TiO₂、Al₂O₃、SiO₂及PdO计，质量比例为：20～80：50～100：10～60：0.5～3。

在本发明的一个具体实施例中，所述成型步骤为蜂窝成型步骤，成型过程中加入玻璃纤维及去离子水，成型时的各组分质量百分含量为：催化剂粉末为63％-70％，玻璃纤维5.0％-8.0％，去离子水25％-30％；成型后经过干燥煅烧得到产品。

在本发明的一个具体实施例中，所述催化剂成品的孔数为32孔/平方英寸，壁厚为1.4mm。

本发明还包括一种甲烷制氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)硅铝钛复合氧化物的制备：将钛源、铝源和硅源溶液加入反应容器中，在一定温度下调节混合溶液pH使之形成沉淀，老化一定时间，将沉淀过滤、洗涤、干燥得到硅铝钛复合氧化物；

(2)粉末催化剂的制备：将步骤(1)制备的硅铝钛复合氧化物分散于钯源浸渍液中，在一定温度下搅拌一定时间后蒸干水分，然后继续干燥后煅烧制得粉末催化剂；

(3)将步骤(2)制备的粉末催化剂与成型助剂玻璃纤维和去离子水混合，经过混料、炼泥、陈化和挤出成型，制得成型样品；

(4)蜂窝状催化剂的后处理：将挤出成型样品再次干燥煅烧得到产品。