[发明专利]一种高分散镍基催化剂的制备方法及其催化高温水煤气变换反应的应用

说明书

本发明公开了一种高分散镍基催化剂的制备方法及其催化高温水煤气变换反应的应用。该制备方法首先利用原位生长法合成花状镍铝水滑石，花状水滑石具有类阵列结构，比表面积大，分散作用好；水滑石经原位还原处理，层板部分崩塌，发生拓扑转变得到具有高分散性的负载型镍基催化剂，且金属载体强相互作用诱导形成的结构也有利于稳定小粒径的镍纳米颗粒。本发明制得的镍基催化剂具有活性组分高度分散、催化活性高、热稳定性好、碳氧键活化能力强、循环稳定性好、廉价无毒等特点，在催化高温水煤气变换反应中有着十分明显的性能优势。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种高分散镍基催化剂的制备方法及其催化高温水煤气变换反应的应用。

背景技术

水煤气变换反应主要应用在以煤、石油和天然气为原料的制氢工业和合成氨工业中，另外在合成气制醇、制烃催化过程中，低温水气变换反应通常用于甲醇重整制氢反应中大量CO的去除。

水煤气变换反应是放热反应，较低的反应温度有利于化学平衡，但反应温度过低则会影响反应速率，水煤气变换反应的正向反应是水合反应，逆向反应是一个加氢及脱水反应。

传统的水煤气变换反应催化工艺中，通常要采用两个绝热的转化阶段即高温段和低温段进行串联，使得最后得到的气体中一氧化碳的含量降低到0.2-0.4％。高温段(350-450℃)所使用的催化剂是铁铬系高温变换催化剂，低温段(190-250℃)所使用的是铜锌系低温变换催化剂。

铁系氧化物是高温水煤气变换反应最主要的催化剂之一，然而由于这一催化体系活性较底，必须在高温下进行操作，造成变换率降低，这样就限制了催化剂的应用。因此，如何设计出同时具有高催化活性和热稳定性的高温水煤气变换反应催化剂成为研究人员越来越需要关注的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高分散镍基催化剂的制备方法，将制得的镍基催化剂应用于高温催化水煤气变换反应，其表现出高催化活性和稳定性。

所述的高分散镍基催化剂的制备方法为：首先通过原位生长法合成花状镍铝水滑石前驱体，然后原位还原得到负载型镍基催化剂。

所述的花状镍铝水滑石前驱体的制备步骤为：

(1)将酒石酸钠、硫酸铝、尿素溶解在去离子水中得到透明溶液，其中酒石酸钠、硫酸铝、尿素的浓度分别是0.01-0.1M、0.02-0.2M、0.1-1.0M；然后将溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在150-200℃下密封反应4-12h；将得到的沉淀物用去离子水离心洗涤至上清液为中性；沉淀烘干研磨后放入石英舟中，在马弗炉中以5-10℃/min的升温速率升到500-600℃，保持5-10h，制得空心Al₂O₃微球；

(2)将硝酸镍、硝酸铵溶解在200-500mL去离子水中得到透明混合溶液，其中硝酸镍、硝酸铵的浓度分别是0.05-0.5M、0.1-1.0M；用碱溶液将混合溶液的pH值调至6-8；然后加入0.1-1.0g步骤(1)制得的空心Al₂O₃微球，在60-80℃下密封反应48-72h；最后将得到的沉淀物用去离子水洗至中性，烘干即得花状镍铝水滑石。

所述的原位还原的条件为：将花状镍铝水滑石研磨后，在30-50mL/min氢气气流中以5-10℃/min的升温速率升到400-600℃，保持4-6h，随后在氮气气流中缓慢降温到室温。

上述制得的高分散性镍基催化剂需密封保存。

上述制得的高分散性镍基催化剂应用于高温催化水煤气变换反应。反应完成后，分离出的催化剂经干燥后可重复循环使用。