[发明专利]镍基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种镍基催化剂，用于催化丙酮加氢反应制备异丙醇，以该镍基催化剂的重量百分数计，包括35‑60％的镍，20‑60％的铝，1‑10％的铜，0.5‑10％的铁，以及0.5‑5％的锰。本发明还公开了该镍基催化剂的制备方法，以及在异丙醇‑丙酮‑氢气化学热泵中丙酮加氢反应固定床反应器中的应用。相对于现有技术，本发明的镍基催化剂机械强度高，丙酮转化率高、异丙醇选择性高、抗中毒能力强，并且生产工艺简单、易于工业化，具有良好的应用前景及巨大的经济效益。

技术领域

本发明涉及催化领域及能源利用领域，具体涉及一种催化丙酮加氢反应制备异丙醇的镍基催化剂及其制备方法，以及在异丙醇-丙酮-氢气化学热泵中丙酮加氢反应中的应用。

技术背景

目前我国能源利用效率较低，与发达国家相比还有很大的进步空间，余热回收利用尤其是低温余热回收利用已经成为提高能源利用效率、解决能源危机的重要手段。低温余热品味低，难以直接利用，大部分被排放造成巨大的能源浪费。最好的利用低温余热的方式是将其温度提升，使之可以被利用。假如这一方法得到实现，不但可以大幅度提高能源利用率，而且可以扩大能源利用的范围，如太阳能、地热能等低温自然能源，有效缓解能源危机。工业低温余热的回收利用与太阳能的开发利用响应了全世界提倡的节能减排与清洁能源的能源政策。

实现低温热源升温的装置是热泵系统，升温型的热泵通常包括：机械热泵、吸收式热泵。机械热泵需要的能力输入多、消耗大，而且机械热泵的提温幅度小；吸收式热泵虽然有较大的提温幅度，且已经可以大规模工业应用，但是吸收式热泵的组件之间需要很大的压力来转移能量，这就导致了较高的操作和维护费用。化学热泵可以克服机械热泵和吸收热泵的不足。化学热泵是通过化学反应的热效应将热能转变为化学能，具体是利用工质对的可逆化学反应，在不同的温度下进行吸热和放热反应，从而实现能量的转化、存储和转移。化学热泵比起其他热泵具有更高的热量储存能力，其反应物及产物可以长期存放，而且能量存储在化学物质中不会因为与环境之间的温差而引起任何热损失。

化学热泵因其高效率、无污染、低能耗、温度提升幅度高等优点而成为低热品味提升的首选装置。异丙醇-丙酮-氢气(IAH)化学热泵则是众多化学热泵中应用潜力较大的一种。它利用一对可逆的化学反应，异丙醇低温(80℃)脱氢发生吸热反应生成丙酮和氢气，丙酮高温加氢(200℃)加氢发生放热反应生成异丙醇，从而将低温热温度提升，使之可以在工业上直接应用。具有巨大的工业应用潜力。

IAH化学热泵的关键技术是高效的催化剂的开发，其发展也主要受到催化剂的性能限制。在IAH化学热泵中催化剂有两方面的应用：一是异丙醇的脱氢反应，二是丙酮的加氢反应。催化剂需要具备高选择性、高活性、寿命长的条件。异丙醇脱氢吸热反应催化剂主要是贵金属催化剂如Pt、Pd、Ru等，载体为活性炭为主，另外还有铜锌催化剂。丙酮加氢反应主要是负载型贵金属催化剂如Ru/C、Ru/Al₂O₃、Pt/C及镍基催化剂和铜基催化剂。然而目前大部分丙酮加氢制备异丙醇的催化剂都处于实验室研究阶段，工业上可供选择的丙酮加氢反应催化剂基本没有。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提出了可满足工业需求的用于催化丙酮加氢反应制备异丙醇的镍基催化剂，该镍基催化剂的制备方法，以及在IAH化学热泵中丙酮加氢固定床中的应用。本发明内容包括：

一方面，本发明公开了一种镍基催化剂，用于催化丙酮加氢反应制备异丙醇，以所述镍基催化剂的重量百分数计，包括35-60％的镍，20-60％的铝，1-10％的铜，0.5-10％的铁，以及0.5-5％的锰。

进一步地，本发明的镍基催化剂为颗粒状。本发明的镍基催化剂粒度为1.0-10.0mm，优选地，粒度为3.0-6.0mm；或者，本发明的镍基催化剂的直径为1-10mm，高度为1-10mm，优选地，直径为2-6mm，高度为2-6mm。所述镍基催化剂的形状包括不规则形、球形、半球形、条形、圆柱形、棒形、齿形、中空棒形中的一种或几种的组合。