[發明專利]一種水汽變換催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 201711237837.8
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN109847748A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 唐南方;叢昱;商慶浩;陳帥;吳春田;許國梁;張濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J23/83;C01B3/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種水汽變換催化劑及其制備的新方法。該催化劑組成為Fe?M?Al復合金屬氧化物，其中M為Cu、Ce、Zr、La等金屬。Fe與M的摩爾比為18～22，Fe與Al的摩爾比為8～12。該催化劑采用溶膠?凝膠蒸發自組裝的方法一步合成。應用于水汽變換反應中，表現出優于傳統Fe?Cr催化劑的催化活性，并且有效避免Cr導致的環境污染問題。

技術領域

本發明涉及一種用于水汽變換反應的催化劑制備方法，具體地說，本發明涉及一種以Fe為活性組分、以Cu或稀土金屬為電子助劑、Al₂O₃為結構助劑的用于CO和H₂O反應制氫的催化劑。

背景技術

水汽變換(CO+H₂O＝H₂+CO₂)反應在合成氨工業、甲醇生產、制氫以及城市煤氣等行業中占據著非常重要的地位。迄今為止，鐵系(Fe-Cr)高溫變換催化劑仍是水汽變換反應中使用量最大的催化劑之一。Fe-Cr催化劑具有活性范圍寬，熱穩定性好，使用壽命長，有一定的抗中毒性，廉價易得，適用性好等優點。但是，經過多年的發展，Fe-Cr催化劑已達到其活性瓶頸，很難有進一步的提高。此外，Fe-Cr催化劑中的Cr₂O₃會對人類和動、植物造成極大的危害，導致嚴重的環境問題。因此，Fe-Cr催化劑已難以適應現代化工中高效、綠色環保的要求，亟需開發新型水汽變換催化劑。

為了降低或消除鉻對環境和人類帶來的危害，國內外均在積極研發低鉻或無鉻高溫變換催化劑。ICI公司公開了一種無鉻鐵基高(中)溫變換催化劑，采用8～25％的CaO、CeO、ZrO或HfO₂代替傳統助劑Cr。其中以CeO為助劑的催化劑表現出最高的水汽變換活性，然而該催化劑的活性也僅能達到傳統Fe-Cr催化劑的81％。前蘇聯開發的以10～14％的Pd代替Cr的高變催化劑CTK-KC，印度開發了含30～40％Fe、4％K的Fe-Al系催化劑都未能達到目前Fe-Cr催化劑的活性。我國福州大學開發了用過渡元素替代Cr的無鉻Fe基高(中)溫變換催化劑B121已現實工業化應用；內蒙古工業大學開發的NBC-1催化劑，其組成為Fe₂O₃-CeO₂-Al₂O₃-K₂O，具有活性高、強度好、耐硫性能強等優點，已在土左旗化肥廠應用。南化集團研究院開發的新型無鉻高(中)溫變換催化劑，以鎳、鉍等元素代替鉻作為結構助劑，該催化劑具有低密度、高強度的特點，但未見其工業化應用的報道。目前，無鉻鐵基催化劑的研究已取得較大的進展，但是總體而言活性、穩定性仍沒有達到傳統Fe系催化劑的水平，使用范圍仍受限制。因此，在保證現有水汽變換催化劑高活性和高穩定性的前提下，研制出綠色環保型不含鉻酸和鉻酸鹽的高高(中)溫變換催化劑仍是一項難題。

發明內容

本發明旨在提供一種高效、綠色的無鉻新型鐵系水汽變換催化劑，該催化劑采用蒸發自組裝的制備方法，制備工藝簡單，無環境污染。該催化劑在水汽變換反應中表現出優于現有Fe-Cr催化劑的催化活性。

基于上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種用于水汽變換反應的催化劑，催化劑由活性組分、電子助劑和結構助劑組成。催化劑的活性組分為含有Fe元素的化合物，催化劑的電子助劑M為選自Cu、Ce、Zr、La、Th中的一種元素的化合物，催化劑的結構助劑為Al₂O₃。

所述的催化劑中，活性組分與電子助劑、結構助劑的摩爾比分別為：

Fe：M＝18～22

Fe：Al＝8～12

一種用于水汽變換反應催化劑的制備方法，包括：

(1)將Fe鹽、M鹽配成乙醇溶液：