[发明专利]一种用于甲醇水蒸气制氢的微通道反应器纳米催化剂涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微通道反应器催化剂涂层及其制备方法，尤其是涉及一种专用于甲醇水蒸气制氢的微通道反应器内壁纳米催化剂涂层及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展，包括石油、煤、天燃气等在内的矿物质能源正在以越来越快的速度消耗，氢能源由于其高效和无污染进入了人们的视野。

制氢的常用方法是水的裂解，这需要额外的能量，成本高。近年来，随着人们对氢能的重视，甲醇水蒸气重整制氢方法引起了人们的研究。

甲醇制氢反应器可以采用颗粒催化剂，也可以采用涂层催化剂。

采用颗粒催化剂的反应器从结构上可分为管式、板式和微通道几种形式，它们都是填料床反应器，都通过在管内、板间、微通道中填充颗粒催化剂来反应。在这类反应器中，热量需要对流先传递到反应器壁上，然后通过催化剂传递，颗粒催化剂存在热阻，会阻碍催化剂的有效利用。

采用涂层催化剂的反应器也可分为管式、板式、微通道反应器，由于催化剂涂层较薄，更适合做成微通道反应器。为了提高反应器的传热传质效率，开发一种用于微通道反应器的纳米涂层催化剂变得非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较好的稳定性和较高活性的用于甲醇水蒸气制氢的微通道反应器纳米催化剂涂层以及如何在微通道反应器内壁上生成该纳米催化剂涂层的方法。

为实现上述目的，本发明所给出的催化剂涂层是采用纳米级CuO、ZnO、La₂O₃、Ce₂O₃中的一种或几种与纳米级A1₂O₃混合成催化剂，采用喷涂方法将该纳米催化剂沉积在反应器内壁上。

为实现上述目的，本发明还给出了如何在微通道反应器内壁上形成纳米催化剂涂层的制备方法，该制备方法包括以下制备步骤和条件：

1)按照Cu∶Zn∶La∶Ce∶Al摩尔比为100∶0～85∶0～10∶0～8∶15称取硝酸铜，硝酸锌，硝酸镧，硝酸锶和硝酸铝，溶于蒸馏水中，再加入到适量的过饱和Na₂CO₃或NaHCO₃中，用喷头将此混合溶液喷在微通道反应器内壁上，在内壁上发生沉淀反应，形成纳米级的沉淀；

2)沉淀静置后，洗掉过量的Na₂CO₃或NaHCO₃，然后在100-110℃烘箱中烘干；

3)将微通道反应器置于马弗炉中，在400-500℃煅烧2-3小时，即制得内壁有纳米催化剂涂层的微通道反应器。

本发明的有益效果是，微通道反应器内壁均匀涂覆有本发明所给定的纳米催化剂涂层，用于进行甲醇水蒸气制氢反应，可大大提高甲醇的转化率和二氧化碳的选择性。

具体实施方式

实施例一：

按照Cu，Zn，La，Ce，Al摩尔比为100∶75∶10∶0∶15称取硝酸铜，硝酸锌，硝酸镧，硝酸锶和硝酸铝溶于蒸馏水中，加入适量的过饱和Na₂CO₃中，用喷头将混合溶液喷在反应器内壁上，在内壁上发生沉淀反应，形成纳米级的沉淀。沉淀静置后，洗掉过量的Na₂CO₃，然后在100-110℃烘箱中烘干。将反应器在马弗炉中500℃煅烧2小时，制得内壁有纳米催化剂涂层的微通道反应器。采用此反应器进行甲醇水蒸气重整制氢反应，甲醇转化率为97.1％，二氧化碳选择率为98.4％。

实施例二：

按照Cu，Zn，La，Ce，Al摩尔比为100∶85∶0∶0∶15称取硝酸铜，硝酸锌，硝酸镧，硝酸锶和硝酸铝溶于蒸馏水中，加入适量的过饱和NaHCO₃中，用喷头将混合溶液喷在反应器内壁上，在内壁上发生沉淀反应，形成纳米级的沉淀。沉淀静置后，洗掉过量的NaHCO₃，然后在100-110℃烘箱中烘干。将反应器在马弗炉中400℃煅烧3小时，制得内壁有纳米催化剂涂层的微通道反应器。采用此反应器进行甲醇水蒸气重整制氢反应，甲醇转化率为93％，二氧化碳选择率为94.3％。

实施例三：