[发明专利]一种基于Cu和MgO的双功能催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明属于过渡金属助剂改性催化剂技术领域，公开了一种基于Cu和MgO的双功能催化剂及制备方法和应用，该催化剂以Al₂O₃为载体，Al₂O₃载体上均匀分散有MgO颗粒，部分Cu以离子掺杂的形式存在于MgO颗粒的晶格中，其余Cu以金属颗粒形式均匀分散在催化剂表面；制备过程采用溶胶凝胶的合成方法，将含有Cu、Mg、Al三种金属离子和无水柠檬酸的盐溶液在水浴中搅拌至凝胶，随后高温干燥、焙烧、还原得到目标催化剂。本发明促进了Cu、Mg、Al三种元素的均匀分散，且铜有两种形式并起到不同的作用；因此制备的双功能催化剂抗烧结性能强，吸收性能良好，具有高活性、高稳定性，可以应用于吸收增强式甲醇蒸汽重整反应。

技术领域

本发明属于过渡金属助剂改性催化剂技术领域，具体来说，是涉及一种铜为催化活性中心并对氧化镁吸收剂离子改性的催化吸收双功能催化剂及其制备方法和应用，通过有效调控催化剂的微观结构进而提升催化剂的活性和稳定性，可以应用于吸收增强甲醇蒸汽重整等工艺。

背景技术

氢能作为一种清洁的能源被广泛应用于石油化工行业、发电厂以及燃料电池领域，对于氢能开发技术的研究也逐渐受到国内学者的广泛关注。一些碳氢化合物或含氧化合物如天然气、甲醇、乙醇等的重整反应、部分氧化反应、分解反应等是产生氢气的主要来源。其中，甲醇以其价格低廉、氢碳比高、没有C-C断键、反应温度较低、对能量的需求更少等优势成为工业上生产氢气的重要来源。另外，液态甲醇便于运输，甲醇蒸汽重整反应在常压下进行，对设备要求较低，因而可大大降低设备的投资成本。

甲醇蒸汽重整反应的主要产物为氢气和二氧化碳，同时会伴有甲醇分解，水汽变换等副反应，产生一定量的一氧化碳。一氧化碳对燃料电池阳极具有毒害作用，是反应中不希望看到的副产物，因此在评价甲醇蒸汽重整反应的催化性能上，常常把一氧化碳含量作为一个重要指标。甲醇蒸汽重整反应常用的催化剂包括Cu基催化剂和八族贵金属催化剂(主要以Pd基催化剂为主)。与贵金属相比，铜基催化剂价格低廉，且催化活性较高、稳定性较好，可有效避免甲烷的产生，同时减少一氧化碳的生成，因此铜基催化剂在工业上得到了广泛的应用。但是铜基催化剂存在一个明显的缺点：容易烧结失活，因此越来越多的研究者们致力于通过添加载体或助剂以及优化制备条件等方法来提高铜基催化剂抗烧结性能。

另外二氧化碳在甲醇蒸汽重整反应的产物中大量存在严重影响氢气的纯度，并且二氧化碳是温室气体的主要来源，排放到大气中会对环境产生不利影响。传统的分离过程设备投资较大，分离工艺复杂，需要投入大量的人力物力。因此，吸收增强式蒸汽重整过程受到了研究者们的广泛关注，该过程基于勒夏特列原理，反应过程中通过二氧化碳吸收剂原位捕集重整过程产生的二氧化碳，同时促进重整反应和水气变换反应的正向移动，降低产物中一氧化碳的浓度，从而达到进一步提高氢气纯度的目的。相比于传统的蒸汽重整工艺，吸收增强式蒸汽重整有如下优势：(1)直接获取高纯度氢气，免去分离过程；(2)提高原料转化率，降低副产物的产生；(3)简化生产装置，降低设备投资。