[发明专利]一种天然气重整制氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种天然气重整制氢催化剂及其制备方法和应用。为解决催化剂在反应过程表现出的易积碳和易团聚烧结的问题，本发明的催化剂由铝锰复合氧化物载铂催化剂与氧化铈载钯催化剂按1～4：1的比例复合而成。铝锰复合氧化物载铂催化剂的重量组成比例为氧化铂：铝锰复合氧化物＝0.05～1：100。氧化铈载钯催化剂的重量组成比例为氧化钯：氧化铈＝0.02～0.5：100。制备方法：(1)分别制备铝锰复合氧化物载体和棒状氧化铈载体；(2)分别浸渍铂和钯源溶液，然后干燥、焙烧；(3)将二者按比例机械混合，本发明的催化剂用于天然气重整制氢反应。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种天然气重整制氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

天然气是现阶段及未来一个时期的重要低碳能源，是支撑我国实现碳达峰的重要能源选择，而氢能是我国推进能源结构转型、持续实现能源高级化的重要发展目标。作为十分清洁的二次能源，越来越多的可再生能源将氢能作为一个储能媒介。

现有较为成熟的制氢技术路线有三种，即使用煤炭、天然气等化石能源重整制氢，以醇类裂解制氢技术为代表的化工原料高温分解重整制氢，以及电解水制氢；光解水和生物质气化制氢等技术路线仍处于实验和开发阶段，相关技术难以突破，尚未达到规模化制氢的需求。

天然气制氢中的甲烷水蒸气重整是工业上最为成熟的制氢技术，约占世界制氢量的70％。我国天然气价格受资源禀赋影响，天然气资源主要分布集中的中西盆地也是价格最低的地区。尤其是新疆、青海等地区天然气基本门站价格低至1.2元/千立方米左右。据测算，当天然气价格为2元/Nm³时，测算出制氢成本为1.35元/Nm³，相比电解水制氢具有明显的成本优势。与煤制氢装置相比，天然气重整制氢投资低、CO₂排放量、耗水量小、氢气产率高，是化石原料制氢路线中绝佳的制氢方式。

然而，天然气重整制氢在工业应用中仍存在一些问题，比如催化剂在高温反应过程容易积碳和团聚烧结等。

发明内容

本发明提供一种能提高反应稳定性的天然气重整制氢催化剂及制备方法和应用，从而解决其在反应过程表现出的易积碳和易团聚烧结的问题。

本发明首先以铝锰复合氧化物为载体，负载活性组分Pt制备载铂催化剂，通过调变铝锰复合氧化物组成、物理结构和表面化学性质，以调节金属铂与铝锰复合氧化物的相互作用效应，提高制氢活性和铂的稳定性，同时提高铂的分散度，降低铂用量；然后以氧化铈为载体，负载活性组分Pd制备载钯催化剂，通过调变氧化铈的形貌、暴露晶面和表面化学性质，以调节金属钯与氧化铈的相互作用效应，以及调节活性氧物种，提高催化剂储氧释氧性能，以提高催化剂的抗积炭能力，进而提高催化剂稳定性；最后，将以上两种催化剂混合起来，有机耦合两种催化剂的催化作用，协同强化天然气重整制氢催化性能。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种天然气重整制氢催化剂，由铝锰复合氧化物载铂催化剂组分与氧化铈载钯催化剂组分复合而成。

进一步，所述铝锰复合氧化物载铂催化剂组分与氧化铈载钯催化剂组分的重量比为1～4：1。

再进一步，所述铝锰复合氧化物载铂催化剂组分由氧化铂和铝锰复合氧化物组成，所述氧化铂和铝锰复合氧化物的重量比为0.05～1：100。

再进一步，所述氧化铈载钯催化剂组分由氧化钯和氧化铈组成，所述氧化钯和氧化铈的重量比为0.02～0.5：100。

一种天然气重整制氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：