[发明专利]用于制备氢气的催化剂

说明书

本申请要求2008年12月23日提交的美国临时申请号61/140364的优先权，将其通过参考引入本文中。

技术领域

本发明涉及通过蒸汽重整工艺制备氢气和用于其中的催化剂。

背景技术

如专利文献中所反应的那样，以最小浪费的最有效方式发电是很多研究的焦点。例如，需要提高发电中的效率，分离和使用其它方法中的副产物二氧化碳(CO₂)和/或使CO₂产生量最小化。使CO₂生产量最小化的尝试包括通过添加氢气而“提高”燃料的效能以提高燃料效率。其它尝试包括在燃料电池中使用纯氢气而非烃基燃料发电。然而，这种氢气的制备在氢气制备工艺以及用于形成氢气的原料制备中仍产生显著的CO₂。

用于制备氢气的常用方法例如包括蒸汽重整、催化部分氧化和自热重整。部分氧化系统是基于燃烧的。通过高温热裂化反应，原料发生分解主要成为氢气和一氧化碳(CO)。催化部分氧化(CPO)使该原料与氧气催化反应以主要制备氢气和一氧化碳。自热重整是对催化部分氧化的变型，其中使用增大量的蒸汽以促进蒸汽重整并减少焦炭生成。CPO和蒸汽重整反应结合使用以使得该蒸汽重整反应能够利用来自CPO反应的热量。

烃基原料(例如甲烷和天然气)的蒸汽重整通常是用于生成大量氢气的最成本有效的方法。然而，天然气重整的经济性强烈受到天然气成本的影响。此外，由蒸汽甲烷重整(SMR)生成大量的二氧化碳，在环境中导致大的CO₂足迹(footprint)。

已经尝试通过在氢气制备工艺中使用可再生原料(例如生物基原料)以降低CO₂足迹。然而，这种原料在常规蒸汽重整工艺内通常导致工艺效率低下和显著降低的转化率水平。此外，常规蒸汽重整催化剂一旦与这种可再生原料接触通常发生失活，这使其不可用于氢气制备。

因此，开发由此使CO₂足迹最小化同时维持工艺转化率和效率的用于发电(和制氢)的工艺是适宜的。

发明概述

本发明提供了生物基原料蒸汽重整催化剂，包括：改性载体、金属组分和促进剂。

本发明还提供了制备生物基原料蒸汽重整催化剂的方法，包括：提供包括过渡金属氧化物的载体材料；提供包括碱土元素的改性剂；将该载体材料与该改性剂接触以形成改性载体；提供包括第VIII族过渡金属的金属组分；将该载体材料、该改性载体或其组合与该金属组分接触以形成蒸汽重整催化剂；和将该改性载体、该金属组分、该蒸汽重整催化剂或其组合与促进剂接触。

附图简述

图1描述了在实验9过程中制备的产物气体中的氢气浓度。

图2描述了在实验9过程中制备的产物气体中的甲烷浓度。

图3描述了在实验9过程中制备的产物气体中的二氧化碳浓度。

图4描述了在实验9过程中制备的产物气体中的一氧化碳浓度。

发明详述

现在将提供详细描述。各后附权利要求限定了单独的发明，为了侵权判断的目的，认为其包括权利要求中给定的各种要素或限定的等价方式。根据上下文，下面所有对“本发明”的引用在一些情况中可以仅表示某些特别实施方案。在其它实施方案中可以认为对“本发明”的引用将表示在一个或多个(但不必须所有的)权利要求中限定的主题。现在将在下面更详细地描述各发明，包括特别实施方案、型式和实施例，但本发明并不限于这些实施方案、型式或实施例，包括其以使得在将本专利中的信息与可获得的信息和技术相结合时本领域普通技术人员能够制备和使用本发明。

下面显示本文中所用的各术语。就下面未定义的权利要求中所用的术语而言，应当给出有关领域中技术人员在申请时已印刷的出版物中和签发的专利中所反映的该术语的最宽的定义。此外，除非另外给出，本文中描述的所有化合物都可以是取代的或未取代的，化合物的列举包括其衍生物。

下面进一步描述各种范围。应当认识到除非另外指示，该端点意于是可互换的。此外，该范围内的任意点都预期在本文中公开的。

本发明的实施方案通常包括用于制备氢气的工艺。该工艺通常包括将蒸汽和原料与位于重整器内的蒸汽重整催化剂接触以形成富含氢气的重整产物。特别地，本发明的实施方案提供了能够用于重整工艺的具有提高的选择性的蒸汽重整催化剂，其对原料的变化不敏感。