一种用于焦油重整的铁基催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于焦油重整的铁基催化剂及其制备方法，所述铁基催化剂包括活性组分和载体，所述活性组分包含铁氧化物，所述载体为包含稀土元素和铝元素的复合氧化物，基于催化剂的总质量，铁元素的含量为5～40质量％，所述稀土元素与所述铝元素的摩尔比为1：(0.5～10)。本发明专利技术通过添加稀土元素改性传统的Al2O3载体，极大地提高了铁基催化剂的焦油催化的活性、稳定性、抗烧结和抗积碳的性能。本发明专利技术的制备方法利用浸渍法负载活性组分，使得更多的活性位点暴露于催化剂表面，有利于焦油的重整反应。应。应。

【技术实现步骤摘要】
一种用于焦油重整的铁基催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于新能源
，具体涉及一种用于焦油重整的铁基催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统化石能源的短缺及其带来的日益严重的环境污染、气候变化等问题迫使人们加紧对于新能源的开发与利用。“零碳排放”的生物质资源丰富、分布广泛，仅次于煤炭、石油和天然气，在世界能源消费总量中居于第四位，是最有前景的非化石能源之一。生物质气化产生的合成气(H2、CO2、CH4、CO等)可用于加热、发电和工业化学品的合成等，具有较大的灵活性。但是，生物质气化过程中的副产物焦油极大地限制了生物质气化技术的应用。焦油一般占燃气能量的5％～10％，且在200℃以下时便冷凝。造成下游管道和设备的堵塞、结垢和腐蚀等一系列问题。焦油中的芳香族化合物有毒有害且致癌。
[0003]目前，催化重整焦油可以获得富氢合成气，是最有前景的焦油脱除与转化技术之一。镍基催化剂活性高、价格相对较低，是目前研究最为广泛的焦油脱除催化剂。例如，专利文献1公开了一种通过浸渍将Ni、Mg、Ce负载于 HZSM
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5沸石的生物质热解焦油蒸汽重整催化剂。由于沸石孔径发达、具有优良的水热稳定性，是一种优异的载体，在此基础上，添加Mg可减少Ni的负载量，促进催化剂整体活性的提升，同时添加Ce可降低催化剂的积碳。该催化剂可实现在650℃时97％的焦油转化。
[0004]但是，镍基催化剂易因碳沉积和烧结而失活，而且镍的毒性对环境和安全造成了潜在的威胁。由于铁对于C
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C、C
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H键的断裂同样有活性，因此被视为镍的一种替代。
[0005]专利文献2公开了一种溶胶
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凝胶法制备的钙铝石负载钙铁氧化物的生物质焦油催化剂。钙铝石载体强度高且有利于减少催化剂的积碳，CaO的加入促进了水气变换反应的正向进行，进而提高了合成气中的H2含量。但是，该文献中没有针对催化活性进行具体的研究。
[0006]专利文献3公开了一种通过水热及浸渍法制备生物炭负载Fe2O3的焦油裂解催化剂。生物炭丰富的孔隙结构有利于分散活性组分铁、增强催化剂的抗烧结性，Fe2O3较强的储氧能力及其与载体的相互作用显著地提高了催化剂的活性，相比于单一生物炭催化剂，生物炭
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Fe2O3将甲苯(焦油模化物) 裂解的转化率从70％提高至90％以上。
[0007]虽然铁相对无毒、价廉易得，但由于铁基催化剂的活性往往相对较低，这方面的研究仍然不充分，现有技术中的铁基催化剂存在改进的空间。
[0008]Al2O3因其高比表面积、广泛易得的特性常被用作催化剂载体，但其结构易在高温下坍塌，尤其铁相会加速这一过程。虽然Al2O3的酸性可以促进焦油的裂解但同时也使得碳沉积量增大。
[0009]引用文献：
[0010]专利文献1：CN110639606A；
[0011]专利文献2：CN106824206A；
[0012]专利文献3：CN113426448A。

技术实现思路

[0013]专利技术要解决的问题
[0014]现有技术中的用于焦油重整的铁基催化剂的活性仍然不高，因此亟需开发一种具有高活性、高稳定性、抗烧结和抗积碳的用于焦油重整的铁基催化剂。
[0015]用于解决问题的方案
[0016]为了获得高活性的铁基催化剂，本专利技术人对载体的选择进行了充分的研究，并发现通过添加稀土元素改性传统的Al2O3载体，可以实现提高铁基催化剂的活性、稳定性、抗烧结和抗积碳的目的，从而完成了本专利技术。
[0017]具体地，本专利技术通过以下方案解决本专利技术的技术问题。
[0018][1]一种铁基催化剂，其特征在于包括活性组分和载体，所述活性组分包含铁氧化物，所述载体为包含稀土元素和铝元素的复合氧化物，基于催化剂的总质量，铁元素的含量为5～40质量％，所述稀土元素与所述铝元素的摩尔比为1：(0.5～10)。
[0019][2]根据[1]所述的铁基催化剂，其特征在于，基于催化剂的总质量，铁元素的含量为10～30质量％，稀土元素的含量为9％～54质量％，铝元素的含量为6％～36质量％，氧元素的含量为27％～40质量％；
[0020]优选地，所述铁基催化剂的化学式为：
[0021]Fe
x
M
y
Al
z
O
s
[0022]其中，M表示稀土元素，x为0.5～1.6，y为0.3～2，z为0.8～3，s为5.8～6。
[0023][3]根据[1]或[2]所述的铁基催化剂，其特征在于，所述稀土元素为选自镧系元素、钪、钇中的一种或多种，优选为选自镧系元素和钇中的一种或多种，更优选为选自铈和钇中的一种或两种；稀土元素与铝元素的摩尔比为1： (0.5～5)。
[0024][4]根据[1]或[2]所述的铁基催化剂，其特征在于，所述铁基催化剂为颗粒状，粒径为150～600μm，优选为300～450μm。
[0025][5]根据[1]或[2]所述的铁基催化剂，其特征在于，所述铁基催化剂为用于焦油重整的催化剂，优选为用于生物质焦油蒸汽重整的铁基催化剂。
[0026][6][1]～[5]中任一项所述的铁基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0027](1)向混合金属盐的水溶液中加入沉淀剂，使混合金属盐沉淀，形成悬浮液，其中所述混合金属盐包含铝盐和稀土元素盐；
[0028](2)将步骤(1)所得的悬浮液转移至水热反应釜中，进行水热处理；
[0029](3)分离经过水热处理的悬浮液中的固体，对所述固体进行煅烧，得到催化剂载体；
[0030](4)将铁盐水溶液和催化剂载体混合，并进行煅烧，得到所述铁基催化剂。
[0031][7]根据[6]所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为碱性溶液，优选为选自氨水、碳酸铵溶液、氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液中的一种或多种，更优选为氨水。
[0032][8]根据[6]或[7]所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)在搅拌下进行；步骤(1)中得到的悬浮液中，铝元素和稀土元素全部形成沉淀。
[0033][9]根据[6]或[7]所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中水热处理在 120～200℃下进行3～8h；步骤(3)中煅烧温度为700～1100℃，煅烧时间为 3～8h；步骤(4)的煅烧温度为700～1100℃，煅烧时间为3～8h。
[0034][10]根据[6]至[9]中任一项所述的制备方法得到铁基催化剂。
[0035]专利技术的效果
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0037](1)与镍基催化剂相比，本专利技术的催化剂的活性组分铁具有无毒、环保、价廉的优点；
[0038](2)本专利技术的制备方法利用浸渍法负载活性组分，使得更多的活性位点暴露于催化剂表面，有利于焦油的重整反应；
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基催化剂，其特征在于包括活性组分和载体，所述活性组分包含铁氧化物，所述载体为包含稀土元素和铝元素的复合氧化物，基于催化剂的总质量，铁元素的含量为5～40质量％，所述稀土元素与所述铝元素的摩尔比为1：(0.5～10)。2.根据权利要求1所述的铁基催化剂，其特征在于，基于催化剂的总质量，铁元素的含量为10～30质量％，稀土元素的含量为9％～54质量％，铝元素的含量为6％～36质量％，氧元素的含量为27％～40质量％；优选地，所述铁基催化剂的化学式为：Fe
x
M
y
Al
z
O
s
其中，M表示稀土元素，x为0.5～1.6，y为0.3～2，z为0.8～3，s为5.8～6。3.根据权利要求1或2所述的铁基催化剂，其特征在于，所述稀土元素为选自镧系元素、钪、钇中的一种或多种，优选为选自镧系元素和钇中的一种或多种，更优选为选自铈和钇中的一种或两种；稀土元素与铝元素的摩尔比为1：(0.5～5)。4.根据权利要求1或2所述的铁基催化剂，其特征在于，所述铁基催化剂为颗粒状，粒径为150～600μm，优选为300～450μm。5.根据权利要求1或2所述的铁基催化剂，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰桀，王海名，由长福，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：