[发明专利]一种用于氨分解制氢的稀土改性催化剂的制备及其应用

说明书

本发明涉及制氢技术领域，特别涉及一种用于氨分解制氢的稀土改性催化剂的制备及其应用。本发明以钇和钾作为催化剂的助剂，通过以γ‑氧化铝为载体，并与钇和钾配合，从而降低了钌的使用量，并且在低温(430℃)下仍能保证氨气的高转化率。由于分解温度低，故有效地缓解了目前氨分解能耗高的问题，此外由于稀土元素钇的存在，有效地抑制了钌上的H₂中毒，并降低表观活化能。本发明制备方法简单易行，制备的催化剂催化活性高，成本较其他钌基催化剂低，且能将氨分解的反应温度降至430℃。总之，这是一种新型的氨分解催化剂，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，特别涉及一种用于氨分解制氢的稀土改性催化剂的制备及其应用。

背景技术

氢是地球上最丰富的元素，氢来源广泛，可从各种化石燃料通过重整制氢或通过氨裂解制氢获得，也可以通过水电解制得。由于氢的燃烧产物是水，故对环境不会造成污染，因而被视为一种极具应用前景的清洁能源。氢除了可直接燃烧外，氢还广泛地用于燃料电池中发电以驱动汽车，而且该过程不产生任何CO_X和NO_X。由于氢燃料电池可以高效地将化学能转化为电能，故被认为是前景广阔的新一代能量提供系统。目前，氢燃料电池在航空航天、汽车以及其它固定式或移动能量提供系统中获得了广泛应用。

目前，大规模制氢的主要途径是化石燃料，但这种方法得到的氢气中常伴有CO_X的产生，特别是其中的CO会使燃料电池电极中毒，故需要经过繁杂的后处理提纯后，才能达到燃料电池的用氢标准。我国氨产量大，价格相对低廉、且含氢密度高，能量密度大。目前，氨分解制氢作为一种绿色环保技术正引起越来越多研究者的关注。这是因为氨分解制氢不会产生任何碳氧化物，而且产氢成本也较低，是制取燃料电池用氢的有效途径之一。特别是氨在较低压力下即可液化压缩，便于储存和运输。

氨分解催化剂目前研究较多的有铁基、钌基、镍基催化剂。铁基催化剂和镍基催化剂来源丰富、成本较低，但其催化活性较低，因此需要在较高的温度下反应(通常650℃以上)才能实现较高的转化率，且能耗较高。钌基催化剂是目前发现的可用于氨分解反应活性最高的催化剂，但是由于其属于贵金属故价格昂贵，且资源有限，限制了其广泛应用。

专利文献CN112337494A公开了一种氨分解制氢催化剂及其制备方法与应用。该催化剂活性组分为非贵金属Ni或Co，质量分数为5～20wt.％，载体为BN和CeO₂或Y₂O₃的复合载体，质量分数为80～95wt.％。该催化剂制备成本低，催化活性也较好，但其对应的反应温度较高。

专利文献CN1506299A公开了一种镍基氨分解制氢氮混合气催化剂，其主活性成分为Ni，载体为SiO₂或Al₂O₃，助剂为ⅠA、ⅡA、ⅢB、Ⅷ或稀土元素如Li、K、Y、Fe、Co中的一种或几种；其中镍重量百分含量为1～40wt.％。采用该催化剂反应温度～650℃，比工业使用的镍基催化剂工作温度低约150℃，但是，在该温度下其催化活性仍较低，氨分解效果欠佳。

专利文献CN109954493A公开了一种用于氨分解制氢的稀土金属氧化物负载钌催化剂。该催化剂以钌为活性组分，以稀土金属氧化物作为载体，钌的含量(以钌的质量占稀土金属氧化物的质量)约1～10wt.％，该催化剂主要通过沉淀法来制备。对于纯氨气的分解，其在气体空速36000ml·g^-1·h^-1的条件下，可在500℃将氨气完全转化为氮气和氢气。不过，由于钌载量过高，该催化剂的成本仍较高。