[发明专利]一种高效清除氢气中CO的方法

说明书

技术领域

本发明属于先进材料领域，具体涉及一种添加Cu助剂提高Pd催化剂通过一氧化氮氧化消除氢气中CO的能力。

背景技术

氢气是国民经济和工农业生产中用途广泛的气体，目前氢气的生产主要基于石油重整、低碳烷烃、低碳醇水汽或部分氧化重整等过程，在生产过程中通常产生一定量的CO杂质。由于CO对人体以及众多化工过程的“毒化”作用，因此需要通过一定的物理及化学过程进行提纯，以制备高纯度氢气。其中超高纯度氢气是指CO浓度在50×10^-6（50ppm）以下的氢气，可以用于燃料电池、合成氨过程。

目前，氢气中CO的降低方式有：变压吸附、甲烷化反应、以及选择性氧化反应三个过程。变压吸附的流程相对复杂，同时对于CO的降低程度有所限制，不能达到高纯氢气的标准；甲烷化反应（CO+3H₂→CH₄+H₂O），需要消耗相当量的氢气，造成对氢气的浪费；选择性氧化过程是指（CO+1/2O₂+H₂→CO₂+H₂）以空气或氧气对CO进行选择性的氧化降低形成CO₂，在降低CO的同时，不明显消耗氢气，是上述三个过程中流程简单、经济的过程。

氧化消除CO过程中通常都是用空气或氧气为氧化剂。若以一氧化氮为氧化剂，则该氧化过程在消除CO的同时也消除了大气污染物一氧化氮。

本发明提供一种添加Cu助剂提高Pd催化剂通过一氧化氮氧化消除氢气中CO的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过添加Cu助剂提高Pd催化剂降低氢气中CO浓度的过程，该过程中采用一氧化氮为催化剂，在钯基催化剂作用下，CO的浓度可降至30ppm及其以下浓度，旨在为燃料电池、合成氨过程提供高纯度的氢气。

本发明的高效清除氢气中CO的方法，包括使用Pd为催化剂的氧化反应，其特征在于向催化剂中添加助剂Cu，其添加量按照质量百分比为0.5-2.5%。

本发明所述的氧化反应以一氧化氮为氧化剂。

其中所述的反应原料为C_1-2烷烃或C_1-2醇重整或部分氧化反应产生。

其中所述的NO:CO体积比为0.5-3。

其中所述的反应过程中，氢气中CO转变为二氧化碳，一氧化氮转变为氮气。

其中所述的催化剂为含有钯的负载性催化剂，钯含量在0.5-5%质量分数之间。

其中所述的反应底物为含有CO的氢气，其成分为：CO含量为5000-50000ppm，水蒸汽含量10000-100000ppm，二氧化碳含量为20000-60000ppm。

其中所述的反应条件为：固定床反应器，反应压力在0.1-0.5MPa，反应温度10-200°C，NO/CO体系比例在0.5-3，CO空速为0.2-1×10³L/kg·h。

其中所述的反应温度为10-70°C。

其中所述的反应压力为0.1-0.3MPa

本发明提供的通过所述添加Cu助剂的Pd催化剂的制备方法为：将载体抽真空后，滴入可溶性的氯化钯和硝酸铜溶液；室温下浸渍2-6小时后，100-110°C真空干燥；随后在N₂-H₂气流中于250-400°C还原2-8小时。所制备的催化剂可以用于实现本发明的目的。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

实施例1

100ml水中加入60g氧化硅，5.0g氯化钯，2.0g硝酸铜，浸渍24小时，110°C真空干燥，400°C空气中焙烧2小时后，与N₂-H₂（70/30体积分数）中300°C还原，所得包含钯催化剂A。取10g 20-40目A催化剂筛，装填到不锈钢反应器中，反应温度为30°C，压力为0.1MPa，反应前将催化剂在300°C纯氢气气氛（99%氢气）中处理1h，然后降到反应温度后，通入氢气原料和一氧化氮进行反应，CO空速为0.2×10³L/kg·h，NO/CO比例在0.6。

实施例2