[发明专利]一种甲醇水蒸气转化制备H2的催化剂及其应用

权利要求书

1.一种甲醇水蒸气转化制备H₂的催化剂的应用，其特征在于：铜钴双金属催化剂制备前驱体为硝酸铜(Cu(NO₃)₂)与硝酸钴(Co(NO₃)₂)混合溶液，助催化剂前驱物为硝酸镧与硝酸钾(KNO₃)混合溶液，载体为经预处理的多层碳纳米管(CNTs)与三氧化二铝(Al₂O₃)混合物，通过醇热溶-焙烧法，获得含质量比为40～60％的活性组分铜、质量比为10～20％钴，含助催化组分镧1～5％，含促进剂钾1～5％，以及含其余的混合载体碳纳米管与三氧化二铝，其中，上述催化剂按如下步骤进行甲醇水蒸气转化制备氢气(H₂)的甲醇水蒸气转化的有氧催化反应，即，甲醇水蒸气转化的有氧催化反应的反应原料为工业甲醇，经与原料水蒸气混合后，形成甲醇蒸汽作为反应物，并经压缩或直接输送，压力为1.0～3.0MPa，温度240～300℃，作为甲醇水蒸气转化制备H₂的甲醇水蒸气转化的有氧催化反应的进料气；其中，上述催化剂装填于甲醇水蒸气转化的有氧催化反应器(MSACR)中，适用的甲醇水蒸气转化的有氧催化反应温度为240～300℃，反应压力为1.0～3.0MPa，进料气的工业化规模为50～50,000Nm³/h；上述催化剂在MSACR中进行甲醇水蒸气转化的有氧催化反应所得到的气相甲裂转化气作为反应产物，其中，H₂含量为40～60％，一氧化碳(CO)含量为10～15％，水的含量为5～10％，未反应的甲醇含量小于1％，其中，单位催化剂的空速可达到1,600～3,000/g(催化剂)·h以上，甲醇转化率为大于等于99％；甲裂转化气经过热交换冷却后，经过滤后进入到转化气中低温变换进行变换反应，中低温变换的反应温度为90～240℃、压力为1.0～3.0MPa，变换反应产物为H₂含量为70～78％、二氧化碳(CO₂)含量为20～28％，其余为包括少量的CO、甲烷(CH₄)、水与甲醇的杂质组分的变换气，再经过热交换冷却至环境温度后，进入有机胺吸收脱碳与多塔变压吸附(PSA)提氢工序，从PSA吸附塔顶部流出纯度大于等于99.99％的H₂产品，H₂产品的收率大于等于95％；从吸附塔底部流出的解吸气，作为甲醇与水蒸气混合的气化炉加热燃料气；由此，甲醇消耗为每一标方氢气产品所消耗的原料甲醇为0.38～0.40公斤。

2.如权利要求1所述的一种甲醇水蒸气转化制备H₂的催化剂的应用，其特征在于，所述的CNTs的预处理，是将适量商业出售的10～20nm CNTs载体加入适量的10～30％质量浓度的硝酸和50～70％质量浓度的硝酸混合溶液中，进行加热搅拌，并共沸回流4～8小时，经冷却至环境温度，真空过滤，去离子水洗涤至中性，将所得滤饼经120℃干燥1～2小时，研磨成10～20nm粉末，进行焙烧冷却后形成CNTs载体；其中，预处理也可用包括硫酸、稀硫酸与浓硫酸混合溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液替代硝酸混合溶液进行共沸回流，或采用双氧水、磷酸进行浸泡替代硝酸混合溶液共沸回流，或采用上述共沸回流与浸泡组合替代硝酸混合溶液共沸回流。