[发明专利]一种低汽气比一氧化碳高温变换催化剂

说明书

本发明属于催化技术领域，涉及一种用于低汽气比（0.45及以下）条件下进行一氧化碳高温变换反应的铜基催化剂及高温变换工艺，催化剂以铜、锌、铝为主要组份，组成(wt)：CuO25%~45%，ZnO25%~45%，Al₂O₃5%~15%，添加碱金属助剂Me₂O0.5%～5.5%。采用沉淀法制备，碱金属氧化物(Me₂O)主要是K或Cs，以氧化物或氧化物的水合物加入沉淀法制得的催化剂母体中，提高了催化剂在低汽气比条件下的高变活性并消除了铁系高变催化剂的F‑T副反应，采用此种催化剂的高温变换工艺CO转化率高，出口CO达到约1%，大大提高了高温换工艺的效率，明显降低合成氨或制氢过程的能耗。

技术领域：本发明属于催化技术领域，涉及一种一氧化碳和水蒸汽在低汽气比0.45或者更低（相当于转化炉水碳比2.75及以下）条件下进行高温变换反应的催化剂及其制备方法，用于合成氨厂和制氢装置，特别适用于节能型氨厂的低汽气比高温变换反应以降低合成氨或制氢工艺的能耗。

背景技术：通常，合成氨和制氢工艺都涉及进行变换反应，通常包括一步或两步工艺，即在300℃以上的高温变换和220℃左右的低温变换。高温变换催化剂通常由活性组分Fe₂O₃与其它助剂化合物组成，有的还含有铬氧化物助剂，铬的氧化物是一种毒性物质，在生产的使用过程中，容易造成人身伤害，因此属于避免使用的物质。同时，由于Fe₃O₄在使用过程中容易形成金属铁和碳化铁，在高温变换条件下对CO甲烷化和F—T合成反应有催化作用，致使H₂产率下降。为了控制副反应的发生，需使用更多的蒸汽，从而增加能耗。

随着合成氨工业的节能化、大型化以及制氢行业的高效率，适用于低水碳比的节能型催化剂越来越受到普遍重视，尤其在催化剂的选择性方面还不能适应当今日益提高的环保要求。如专利CN1140630A 提供的一种低水碳比的高温变换催化剂及其制备方法，也是为了适应节能要求而进行的催化剂改进，但是仍然是铁-铬为主要成分。铁系高温变换催化剂除了添加的铬助剂有毒性之外，还会导致F-T副反应的发生，为了适应节能技术要求，采用高活性的催化剂和降低蒸汽用量时，这种铁系催化剂将严重影响整个合成氨及制氢工艺的运行。这就使铁铬系催化剂在使用上受到制约。

解决这类问题有两种方法：一种是改进传统的铁基催化剂，如加入适量的铜，以抑制F—T副反应的发生，并提高催化剂的活性，另一种是采用不含铁的铜基催化剂，不仅可以完全避免F—T副反应，而且变换效率更高。因此，开发不含铁及毒性物质铬化合物的高温变换催化剂十分必要。

技术内容：本发明的目的是提供一种不含铁及毒性物质铬氧化物的铜基低汽气比一氧化碳高温变换催化剂及其制备方法。

本发明的催化剂以铜、锌、铝为主要组份，组成(wt)：CuO25%~45%，ZnO25%~45%，Al₂O₃5%~15%，添加碱金属助剂Me₂O0.5%～5.5%。采用沉淀法制备，碱金属氧化物(Me₂O)主要是K或Cs，以氧化物，氧化物的水合物或碳酸盐形式加入沉淀法制得的催化剂母体中，经适当的处理、成型得到铜基一氧化碳高温变换催化剂。

本发明的主要特征在于添加了碱金属氧化物促进剂，该促进剂可以是K或Cs中的一种氧化物或一种以上的氧化物混合物，碱金属元素氧化物的来源可以是碱金属元素氧化物的水合物或碳酸盐类。

本发明的催化剂在200~350℃，1.0~3.0Mpa下，采用添加碱金属氧化物促进剂Me₂O的含锌铝的铜系催化剂进行高温变换反应时，无F-T副反应的发生。本发明的催化剂中碱金属元素氧化物促进剂Me₂O的含量为0.5%~5.5%。