[发明专利]用于天然气水蒸气重整反应的整体式催化剂、其制备方法与使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池发电系统中天然气水蒸气重整反应的技术领域，尤其涉及一种用于天然气水蒸气重整反应的整体式催化剂、其制备方法与使用方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池是将燃料中的化学能转化为电能的装置，具有清洁、高效等优点，受到了越来越广泛的重视，是二十一世纪最具吸引力的发电方式之一。固体氧化物燃料电池发电系统的推广应用必须解决燃气供应问题，天然气水蒸气重整是现实的、有效的供气方式。

固体氧化物燃料电池发电系统中天然气水蒸气重整反应实施的关键技术之一在于发展适合用于固体氧化物燃料电池发电系统的催化剂，要求催化剂易拆卸，易与系统的管路匹配，结构紧凑，不易粉化，水碳比操作范围宽泛。目前固体氧化物燃料电池发电系统中主要用颗粒状的工业催化剂。传统的颗粒状的工业催化剂存在着大小难以匹配(往往需要破碎使用)、水碳比要求较高(一般要求大于2.5以上)、易使重整器两端的压差增大以及易产生粉末等特点。此外，颗粒状的工业催化剂往往体积较大，若不破碎使用，则导致固体氧化物燃料电池中的重整器的结构偏大、松散，不利于放置在发电系统的热区中，不利于热能的高效利用。

综上所述，目前用于固体氧化物燃料电池发电系统中天然气水蒸气重整反应的催化剂存在不足之处，有必要研制一种专门针对固体氧化物燃料电池中天然气水蒸气重整反应的催化剂。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述技术现状，提供一种用于固体氧化物燃料电池是将燃料中天然气水蒸气重整反应的整体式催化剂、其制备方法与使用方法，该催化剂用于固体氧化物燃料电池发电系统的重整器中，能够将天然气和水转化为氢气和一氧化碳，为固体氧化物燃料电池提供燃气，并且具有适用范围宽、转化率高等优点。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种用于天然气水蒸气重整反应的整体式催化剂，由堇青石载体、包覆在堇青石载体表面的氧化铝涂层、包含在氧化铝涂层中的助剂以及活性组分Ni组成；所述的助剂为MgO、CaO、CeO₂和La₂O₃中的一种；所述的氧化铝涂层质量占堇青石载体质量的6～20％，所述的助剂质量占氧化铝涂层质量的2％～10％，所述的活性组分Ni的质量占氧化铝涂层质量的15～40％。

作为优选，所述的氧化铝涂层的质量占堇青石载体质量的10～15％。

作为优选，所述的助剂质量占氧化铝涂层质量的3～9％。

作为优选，所述的活性组分Ni的质量占氧化铝涂层质量的20～30％。

作为优选，所述的氧化铝涂层采用浸渍法制备而成，所述的助剂和活性组分Ni采用浸渍法制备而成。

本发明用于天然气水蒸气重整反应的整体式催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)氧化铝涂层制备：

将拟薄水铝石、脲以及浓度为0.25～0.45M(M指代单位Mol/L)的稀硝酸混合后球磨，球磨均匀后调制成氧化铝涂层浆料；

根据需要将商用堇青石加工为一定形状尺寸后浸入氧化铝涂层浆料中，浸渍时间为1～3min，取出后在110℃～130℃干燥，然后在600～800℃焙烧4～6h，得到表面是氧化铝涂层的堇青石载体；

(2)助剂制备：

将步骤(1)得到的表面是氧化铝涂层的堇青石载体浸入质量百分比浓度为30～50％的Mg(NO₃)₂.6H₂O、Ca(NO₃)₂.4H₂O、Ce(NO₃)₃.6H₂O或La(NO₃)₃.nH₂O的水溶液中，浸渍时间为1～3h，取出后在110℃～130℃干燥，然后在600～800℃焙烧4～6h，得到表面是氧化铝涂层且经MgO、CaO、CeO₂或La₂O₃改性的堇青石载体；

(3)活性组分制备：