[发明专利]甲苯水蒸气重整制备高纯度氢气的催化剂及其制备与应用有效
申请号: | 201710291924.5 | 申请日: | 2017-04-28 |
公开(公告)号: | CN108786817B | 公开(公告)日: | 2020-11-27 |
发明(设计)人: | 谭天伟;申春;郝洁;贺燕;于晶;刘成强 | 申请(专利权)人: | 北京化工大学 |
主分类号: | B01J23/78 | 分类号: | B01J23/78;C01B3/32 |
代理公司: | 北京聿宏知识产权代理有限公司 11372 | 代理人: | 吴大建;方莉 |
地址: | 100029 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 甲苯 水蒸气 重整 制备 纯度 氢气 催化剂 及其 应用 | ||
本发明提供了一种甲苯水蒸气重整制备高纯度氢气的催化剂及其制备和应用,所述催化剂为Ni‑CaO‑Al2O3,所述催化剂的制备方法通过配制含Ca2+、Ni2+和Al3+的混合盐溶液;然后将其缓慢加入到碳酸盐溶液中使所述混合盐溶液与碳酸盐溶液混合均匀,并用氢氧化钠调节pH,得到催化剂母液,制得催化剂。所述催化剂的比表面积大、孔径小,催化剂性能显著提高,用于甲苯水蒸气重整反应,甲苯的转化率高、产物中氢气的纯度高。
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域,具体涉及甲苯水蒸气重整生成高纯度氢气的催化剂及其制备与应用。
背景技术
甲苯(methylbenzene)为无色澄清液体,易燃,蒸气能与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限为1.2%-7.0%(体积)。低毒,半数致死量(大鼠,经口)5000mg/kg。对环境有严重危害,对空气、水环境及水源可造成污染。
在现有的可再生能源中,生物质能源因其分布范围广、含碳可再生及作为CO2的最佳转移枢纽等优点,受到了广泛的关注。生物质气化技术,即通过热化学气化制备可燃气体(生物质合成气),可以有效地利用生物质能源,是极具发展前景的生物质利用方式。但是在生物质气化过程中,会产生焦油这一副产物,其中甲苯为生物质焦油的重要成分。
在众多解决焦油问题的方法中,催化甲苯水蒸气重整为二氧化碳和氢气是一项十分有效且环境友好型的技术,而催化剂的选择是该技术的核心。目前,常见的催化剂有白云石、橄榄石和镍基催化剂等。其中白云石易积碳,覆盖催化剂表面活性位点,导致白云石的活性随着反应进行而很快降低,其机械性能差,在高温反应中易粉碎;橄榄石不具多孔结构,比表面积低,催化活性低;现有的镍基催化剂价格昂贵,颗粒大,在水蒸气高温下极易团聚导致活性低,稳定性差。因此,需要研究一种甲苯水蒸气重整生成高纯度氢气的方法。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明在镍基催化剂的基础上,引入水滑石层状结构,并加入钙离子,提高催化剂的性能,应用于甲苯水蒸气重整制氢中,得到高纯度的氢气。
为此,本发明提供了一种甲苯水蒸气重整制备高纯度氢气的催化剂,所述催化剂为Ni-CaO-Al2O3,催化剂的比表面积为120-135m2/g,优选为128-132m2/g;和/或催化剂的孔径为5-50nm,优选为10-20nm,更优选为10-15nm;和/或催化剂的孔体积为0.1-0.5cm3/g,优选为0.3-0.5cm3/g,更优选为0.35-0.5cm3/g;和/或Ni的粒径为2-15nm,优选为2-5nm。
根据本发明的另一方面,提供了所述催化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、将钙盐、镍盐和铝盐溶于去离子水中,配制含Ca2+、Ni2+和Al3+的混合盐溶液;将混合盐溶液缓慢加入到碳酸盐溶液中使其混合均匀,并加入氢氧化钠溶液调节pH值,得到催化剂母液;
S2、将所述催化剂母液搅拌回流,使其晶化,制得晶化催化剂母液;
S3、分离出晶化催化剂母液中的沉淀进行洗涤得到晶化产物,然后将晶化产物经干燥、研磨和氢气还原,制得所述催化剂。
根据本发明的优选实施方式,在步骤S1中,所述混合盐溶液中Ca2+、Ni2+和Al3+的总摩尔数与碳酸钠的摩尔数之比为7.0-10.0,优选为7.0-7.5,更优选为7.3-7.5。
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