[发明专利]一种结构化自热重整制氢催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种结构化自热重整制氢催化剂及其制备方法，包括基底、加固层、载体层、助剂层和活性组分层，基底为铁铬铝合金丝网，加固层主要是在基底表面原位形成的α‑Al₂O₃，载体层是在加固层表面原位生长的氧化铝，助剂层是在加固层和载体层表面负载的含有稀土金属的固溶体涂层，活性组分层是负载在助剂层表面的贵金属、过渡金属中的至少一种。制备方法依次经过制备基底、原位形成加固层、原位生长载体层、负载助剂层、负载活性组分层。本发明中选用铁铬铝丝网作为基底，能有效保证催化剂床层的温度均一性，防止催化剂积碳、局部高温烧结失活；结构化催化剂器件紧凑，压降低，能有效保证制氢效率；催化剂活性组分局部浓度高，活性高。

技术领域

本发明涉及催化剂及其制备方法，尤其涉及一种结构化自热重整制氢催化剂及其制备方法。

背景技术

传统三大非再生资源(煤、石油、天然气)正在以逐年递增的趋势消耗，当代人们在享受丰富便捷的社会物质文明的同时，21世纪的人们不得不共同面临着生态环境恶化和石油资源短缺的两个重大问题。为了迫切地解决此两大问题，世界各国都致力于寻找新的替代能源。目前，已被开发的能源有太阳能、风能、水能、核能、海洋能、生物能等，但是它们受地理、气候、季节、时间等条件限制，不具备能量集中、可储、可输、可分散使用的优点。科学家们达成共识：氢能是21世纪最理想的一种替代能源。氢气作为一种高密度的能量载体，具有来源广泛(烃、水等)、清洁高效(无污染有害物质)、可循环再生使用、适应储运/应用的各种环境等特点。目前，常见的制氢方法有：烃类重整法、烃类分解法、醇类重整法、煤气化法、电解水发、光解水法等，化石燃料制氢是工业上制氢的主要途径,有90％的氢气来源于化石燃料。

化石燃料制氢的主要方法有：水蒸气重整制氢、部分氧化重整制氢、自热重整制氢、等离子体重整制氢等。水蒸气重整反应为吸热反应,需加热设施,在实际应用中受到极大限制,特别在微型化制氢方面难以实现装置小型化；部分氧重整为强放热反应,不需要外界供热,但是存在催化剂床层因局部温度过高导致催化剂烧结的缺点,同时,部分氧重整是靠燃烧掉部分氢气为重整体系提供热量,导致氢气产率较低；自热重整反应是把水蒸气重整反应和部分氧化重整反应结合在一起,利用部分氧化重整反应提供热量同时进行水蒸气重整反应，燃料、水和氧气的混合重整制氢技术(自热重整制氢技术)被认为是最理想的重整制氢方式,产氢率介于水蒸气重整和部分氧重整之间。

催化反应过程对自热重整制氢催化剂的活性和稳定性具有很高的要求，与常规催化剂(钙钛矿型、纳米颗粒型、负载型)相比，结构化催化剂具有相对浓度高、床层压降低、传质系数高、易于工程放大等优点，可以在反应过程中保持良好的活性和稳定性，提高目的产物的选择性和催化效率，成为了催化领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的是制备一种适用于未来燃料处理器设备的高活性、高选择性和高稳定性的结构化自热重整制氢催化剂。具体地，本发明采用以下技术方案：

一种结构化自热重整制氢催化剂，包括基底、加固层、载体层、助剂层和活性组分层，基底为铁铬铝合金丝网，加固层主要是在基底表面原位形成的α-Al₂O₃，载体层是在加固层表面原位生长的氧化铝，助剂层是在加固层和载体层表面负载的含有稀土金属的固溶体涂层，活性组分层是负载在助剂层表面的贵金属、过渡金属中的至少一种。

为了解决自热重整制氢过程中催化床层的热不均匀现象，本发明选用导热性能优异的铁铬铝合金丝网作为催化剂基底，同时该载体还易于成型和制备小型化制氢装置和工业应用的制氢器件。