[发明专利]一种强化二氧化碳催化加氢反应的方法

说明书

本发明公开了一种强化二氧化碳催化加氢反应的方法。所述方法主要包括如下步骤：在多孔导电骨架上负载具有催化CO₂加氢能力的活性成分而制备成结构化催化剂；所述结构化催化剂被接入电路而可以导通电流；将所述结构化催化剂置于含有CO₂和氢气的原料气体中，并打开电源对所述电路施加电流，所述电流在所述结构催化剂上产生的焦耳热可将所述结构催化剂加热到可以进行CO₂加氢反应的温度，CO₂和氢气在所述结构化催化剂上进行反应。通过对导电骨架的结构化催化剂施加电流实现电内加热，使催化剂受热更为均匀，从而提高了催化剂的活性和抗硫中毒能力，使CO₂转化性能的明显提高。

技术领域

本发明涉及气固多相催化领域，具体涉及一种强化二氧化碳催化加氢反应的方法。

背景技术

传统化石能源的过度开发和使用造成二氧化碳(CO₂)的大量排放，产生了严重的环境和生态问题。对CO₂进行回收、资源化利用是减少排放的有力手段。借助电能分解水制备的氢气可以将CO₂转化为有用的燃料和化学品(甲烷、甲醇等)，可以实现对CO₂的排放量控制，为缓解温室效应和氢能的大规模存储提供了有效技术方案。

CO₂分子是化学性质最稳定的分子之一，其加氢反应需要克服高反应能垒。一般通过使用催化剂降低其反应能垒，实现低能耗转化。此外，克服反应能垒需要外界能量的注入，该反应需在较高温度(200℃以上)下进行。目前，实验室主要通过将装有催化剂的反应器包裹在加热炉内实现对催化反应的供热；而工业中一般先将反应气体预热到一定温度后再通入固定床反应器，使催化剂逐渐升高到反应温度，反应过程中再通过流动冷却介质换热等方式维持反应温度稳定。

上述两种方式下催化反应所需热量均来自催化剂外部，温度控制受限于热传导过程和传质过程，不但升温速率慢、热能损失大，而且还易于在催化剂床层内部形成局部冷点或热点，造成催化剂活性降低甚至失活。此外，原料气中常难以避免混有含硫化合物等杂质成分而易使催化剂面临中毒失活。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于如何在不受传统热传导和传质过程限制的条件下灵活有效控制催化剂温度，继而影响催化剂活性和抗硫中毒能力，从而提供一种强化二氧化碳催化加氢反应的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明所提供的一种强化二氧化碳催化加氢反应的方法，包括如下步骤：

在多孔导电骨架上负载具有催化CO₂加氢能力的活性成分而制备成结构化催化剂；

所述结构化催化剂被接入电路而可以导通电流；

将所述结构化催化剂置于含有CO₂和氢气的原料气体中，并打开电源对所述电路施加电流，所述电流在所述结构催化剂上产生的焦耳热可将所述结构催化剂加热到可以进行CO₂加氢反应的温度，CO₂和氢气在所述结构化催化剂上进行反应。

进一步地，所述多孔导电骨架的材料选用金属、碳材料和半导体中的至少一种；

所述多孔导电骨架的结构形式采用泡沫结构、蜂窝结构或纤维结构的至少一种；

所述活性成分为金属镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铜(Cu)、铑(Rh)、钌(Ru)、钯(Pd)、锌(Zn)中的至少一种。

进一步地，所述反应的反应温度为200-350℃。

进一步地，所述结构化催化剂中活性成分的负载量为0.01-30wt％。