[发明专利]一种乙酸自热重整制氢的类水滑石型铁促进镍基催化剂及制备方法

说明书

本发明涉及一种乙酸自热重整制氢的类水滑石型铁促进镍基催化剂及制备方法。本发明针对现有催化剂在乙酸自热重整过程中催化剂结构的变化和活性组分的氧化、烧结，并导致催化剂失活的问题，提供一种耐氧化、耐烧结、抗积炭、活性高的新的催化剂。本发明的催化剂的化学成分是(ZnO)_a(NiO)_b(AlO_1.5)_c(FeO_1.5)_d，其中a为0.75‑3.25，b为0.25‑0.75，c为0‑1.0，d为0‑1.0。本发明采用共沉淀法制备了Zn‑Al型碳酸盐型类水滑石结构为前驱体，并引入活性组分镍和助剂铁，通过镍对锌及铁对铝的同晶取代，进入了类水滑石结构位置；经焙烧获得的复合氧化物，有效抑制了活性组分镍在高温反应条件下可能的迁移聚集、氧化和烧结，从而提高了催化剂的活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种乙酸自热重整制氢的碳酸根型类水滑石结构衍生的铁促进镍基催化剂及其制备方法，属于乙酸自热重整制取氢气的领域。

背景技术

随着社会经济快速发展，对能源的需求也在不断的增加，而化石能源正日趋减少，寻求化石能源的替代品迫在眉睫。氢气作为一种清洁高效的新能源，其单位质量能量密度高，燃烧热值高，适用范围广，吸引了广泛的关注。氢气的传统制取方式是从天然气、煤炭等化石资源转化获得，往往带来环境污染。生物质是一种清洁的可再生资源，且相对廉价，因此，生物质制氢已成为当今世界备受关注的生物质利用技术之一。生物质能量密度低，可采用快速裂解方式将生物质转化为生物质油，其中生物质油的油相组分主要是木质素热解衍生物，经分离加工等过程可获得酚类、芳烃以及醚类产品；而余下的水相产物，其主要成分为乙酸等，可经催化重整转化乙酸过程而规模化获得廉价氢气。

乙酸制氢常用的方法是通过水蒸气重整制氢，但水蒸气重整反应是一个吸热反应，需要持续供热，才能维持反应的进行。自热重整过程，将空气或者氧气引入反应体系，可通过调节进料中氧气的比例以调整重整过程中的热量，从而将水蒸气重整与部分氧化反应(放热反应)相结合实现反应热平衡。

用于乙酸催化转化制氢的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂主要包括Pd、Rh、Pt等，有较高的催化活性和抗积炭的能力，但价格昂贵，限制了其应用。过渡金属如Ni、Co、Cu等非贵金属催化剂的价格较低廉；其中，活性氧化铝负载的Ni基催化剂在乙酸转化过程中，能有效促进乙酸分子中碳碳键、碳氢键的断裂，从而获得较高的乙酸转化率和H₂产率。不过，由于乙酸易在氧化铝载体表面的酸性位发生酮化反应而形成丙酮，并进一步发生脱水反应生成乙烯酮等中间体，这些中间体在催化剂表面上聚合形成积炭从而堵塞活性位；同时，由于自热重整过程中引入了氧气，并主要消耗在催化剂床层的前端，床层前端高温氧化性气氛往往导致活性组分Ni的氧化、烧结而失活；催化床层前端催化剂失活后，反应区不断后移，最终导致整个催化剂床层失活。因此，提高Ni基催化剂的热稳定性、抗氧化性、抗积炭性，并降低对丙酮等副产物的选择性，是获得高活性、高稳定性催化剂的关键所在。