[发明专利]一种用于吸收强化低碳烃水蒸气重整制氢的催化剂-吸收剂复合体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于吸收强化低碳烃水蒸气重整制氢的催化剂-吸收剂复合体及其制备方法，属于低碳烃水蒸气重整制氢领域。 

背景技术

氢气作为一种重要化工原料和清洁能源在现代工业中扮演着至关重要的角色。作为化工原料，可用于合成氨和甲醇等重要化工产品；作为燃料，它具有热值高和无污染等优点。目前工业上应用最为广泛的是低碳烃(尤其是甲烷)水蒸气重整制氢技术，也是最成熟和最经济的制氢方法。 

以甲烷水蒸气重整制氢为例，目前工业上采用的是两步变换法，但该方法不但流程复杂且能耗较大。故在此基础上提出了吸收强化甲烷水蒸气重整制氢的概念，该技术的核心思想是：通过吸收剂原位移走可逆重整反应过程产物CO₂，从而打破热力学平衡限制，促进反应物转化的同时，既降低了反应温度又集成了反应和分离工序。其中最关键技术就是高效稳定的催化剂和吸收剂的研制。 

目前对催化剂和吸收剂单独的研制有许多。催化剂大都是Ni基催化剂，吸收剂主要为经过改性的CaO基吸收剂。吸收剂具体实施办法是通过在CaO颗粒中加入Al₂O₃、MgO等耐火材料使其起到原子骨架作用从而达到CaO颗粒抗烧结的目的。然后把催化剂和吸收剂通过简单的机械混合，用于重整制氢。从微观尺度看，采用上述方法，催化剂和吸收剂没有达到均匀混合，因而阻碍CO₂的快速和充分吸收。 

如果能把催化剂和吸收剂制备成为一个达到微观尺度组成均匀且催化和吸收性能优异的复合体，这无疑可以促进CO₂快速和充分地吸收，有望提高低碳烃的转化率和产品气中的氢气浓度。另一方面，还可简化催化剂和吸收剂单独制备的复杂步骤。 

发明内容

本发明的目的是制备一种在微观尺度上组成均匀且催化和吸收性能优异，用于吸收强化低碳烃水蒸气重整制氢的催化剂-吸收剂复合体，以克服催化剂和吸收剂单独制备再简单机械混合所带来的缺陷。 

本发明所述的用于吸收强化低碳烃水蒸气重整制氢过程的催化剂-吸收剂复合体， 其化学结构式为： 

Ni_x-Mg_y-Ca_z-Al-O                (1) 

其中： 

x、y和z分别是Ni、Mg和Ca相对于Al的摩尔比； 

x为0.3～0.5，y为0.5～0.7，z为1.8～2.2，x+y+z为2.8～3.2； 

所包含的Ni的量为催化剂-吸收剂复合体总质量的10～17％； 

所包含的CaO的量为催化剂-吸收剂复合体总质量的46～57％； 

催化剂-吸收剂复合体的比表面积为20～35m²/g。 

本发明的用于吸收强化低碳烃水蒸气重整制氢的催化剂-吸收剂复合体的制备方法，包括如下步骤： 

(1)根据式(1)催化剂-吸收剂复合体的组成及相应比例，配制Ni-Mg-Ca-Al盐混合溶液，Ca、Mg、Ca和Al离子的摩尔比如式(1)所示，其中： 

Ni盐选自乙酸镍(Ni(CH₃COO)₂·4H₂O)或硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)，混合溶液中Ni²⁺为0.05～0.1mol/L； 

Mg盐选自硝酸镁(Mg(NO₃)₂·6H₂O)或氯化镁(MgCl₂·6H₂O)，混合溶液中Mg²⁺为0.075～0.15mol/L； 

Ca盐选自乙酸钙(Ca(CH₃COO)₂·H₂O)、硝酸钙(Ca(NO₃)·4H₂O)或者氯化钙(CaCl₂·2H₂O)，混合溶液中Ca²⁺为0.25～0.5mol/L； 

Al盐选自硝酸铝Al(NO₃)₃·9H₂O，混合溶液中Al³⁺为0.2～0.25mol/L。