[发明专利]用于预重整烃类的结构化催化剂

说明书

本发明提供了结构化催化剂、制造结构化催化剂的方法以及使用结构化催化剂进行烃类的预重整的方法。结构化催化剂包括结构化催化剂基材、包含铈钆氧化物的第一涂层以及包含镍和铈钆氧化物的第二涂层。

技术领域

本公开涉及用于烃类的预重整的结构化催化剂。更具体而言，本公开涉及结构化催化剂、制造结构化催化剂的方法以及使用结构化催化剂进行烃类的预重整的方法。

背景技术

用于化学反应的催化剂通常包括均相溶液催化剂和非均相固体催化剂。非均相固体催化剂可包括松散的颗粒型催化剂和结构化型催化剂，其中结构化催化剂的特征在于具有某种成形或刚性结构，该结构具有用于使反应物穿过其中的流动通道或路径。结构化催化剂可以包括整装催化剂、膜催化剂和规整催化剂。整装催化剂被称为蜂窝催化剂，并且通常为具有小通道的连续的整体结构的形式，所述小通道用于使反应物在流动穿过该结构的同时与该结构中的催化材料相互作用以催化选定的化学反应。规整催化剂通常包括以阵列排列的颗粒催化剂，并且还包括结构型催化剂，其中结构可包括叠加和堆叠的波纹片以形成催化剂床。结构化催化剂具有优于非结构化颗粒催化剂的某些优势，包括具有对压降的更好的控制、控制扩散长度或路径、防止反应物流动至旁路以及控制热点(hot spot)形成和热失控(thermal runaway)问题。因此，可能存在某些使用非结构化颗粒催化剂的催化剂系统，其可通过开发用于催化相似类型的化学反应的结构化催化剂系统进行改进。与非结构化催化剂相比，替代的结构化催化剂可以具有一定的成本和性能优势。

结构化催化剂通常包括某些类型的结构型载体，所述载体表面结合有催化剂。可使用各种方法将催化剂材料施加到载体上。施加方法和催化剂材料可能对结构化催化剂的性能产生影响，包括结构化催化剂在选定的应用中充分作用的时间长短。通常，由于用于形成结构化催化剂的材料和方法的成本较高，因此延长结构化催化剂的使用寿命可以提供一定的成本效益以及在催化剂的使用寿命期间的某些性能益处。

结构化催化剂的应用包括在固体氧化物燃料电池(SOFC)的预重整催化剂床中的用途。由于SOFC的反应物包括氢气、一氧化碳、甲烷和乙烷，预重整催化剂床可以将较重质的烃类用于供给预重整催化剂床，以转化为包含较轻质的烃类的气体流以驱动SOFC。较重质的烃类通常包括具有多于四个碳原子的烃类，并且可包括汽油、喷气燃料、生物燃料和柴油。然而，使用较重质的燃料可能存在问题，因为SOFC的阳极上可能发生结焦。因此，如果要将较重质的烃类用作SOFC的进料源，则需要通过预重整实现相对较高的轻质烃类转化率，以使SOFC的阳极上的结焦最小化。

发明内容

本发明提供了结构化催化剂的各种实施方案以解决本领域的一些缺点，如提高烃类的转化率、降低获得相似或更高的反应效率所需的催化剂的消耗量、以及延长运行寿命的需求。本文所提供的结构化催化剂包括结构化催化剂基材和包含铈钆氧化物的涂层。在一个实施方案中，结构化催化剂包括结构化催化剂基材、包含铈钆氧化物并被施加至结构化催化剂基材的表面的第一涂层；以及包含镍和铈钆氧化物并被施加至第一涂层的第二涂层。

第二涂层可以进一步包含钌。第二涂层可以进一步包含镍-钌类催化剂。结构化催化剂基材可以为整装结构化催化剂基材。结构化催化剂可以包括两层或更多层的第一涂层。结构化催化剂可以包括至少五层的第一涂层。结构化催化剂可以包括两层或更多层的第二涂层。结构化催化剂可以包括至少五层的第二涂层。