[发明专利]用于氨分解的催化剂组合物

说明书

一种用于氨分解以生产氢气的方法，该方法包括将氨流引入反应器的步骤，其中氨流包含氨，其中反应器包含钴基催化剂，所述钴基催化剂包含15重量％和70重量％之间的钴、5重量％和45重量％之间的铈以及0.4重量％和0.5重量％之间的钡，其中所述钴基催化剂的其余重量为氧；使氨流中的氨与钴基催化剂接触，其中所述钴基催化剂能够催化氨分解反应；在钴基催化剂存在下催化氨分解反应使氨分解产生氢气；和从反应器中取出产物流，该产物流包含氢气。

技术领域

本申请公开了与催化剂制剂相关的组合物和方法。具体而言，公开了用于分解氨的催化剂制剂的组合物和方法。

背景技术

氨是一种高产量的商业化学品，2014年全球产量为1.76亿吨。由于氨的高体积能量密度(20℃时为108kg-H₂/m³ NH₃和8.6巴)和重量能量密度(17.8重量％)，因此其已成为一种高效的氢载体。此外，氨易于储存和运输。这些优点使氨适合通过催化分解现场产生无COx氢气，其可用于燃料电池或氢动力汽车。

当前分解氨的方法包括在碳纳米管载体(Ru/CNT)上使用钌催化剂。钌基催化剂对于此类工艺的大规模商业化而言成本过高。此外，作为载体的CNT缺乏稳定性。在氨分解所需的反应条件下，例如约450摄氏度(℃)的温度，碳基催化剂上可能会发生甲烷化反应。甲烷化反应可涉及碳基催化剂中碳的氢化，导致催化剂的失活。

发明内容

本申请公开了与催化剂制剂相关的组合物和方法。具体而言，公开了用于分解氨的催化剂制剂的组合物和方法。

在第一方面，提供了一种用于氨分解以生产氢气的方法。该方法包括将氨流引入反应器的步骤，其中氨流包括氨，其中反应器包括钴基催化剂，钴基催化剂包含15重量％和70重量％之间的钴，5重量％和45重量％之间的铈，以及0.4重量％和0.5重量％之间的钡，其中钴基催化剂的其余重量是氧。该方法还包括使氨流中的氨与钴基催化剂接触，其中钴基催化剂能够催化氨分解反应，在钴基催化剂存在下催化氨分解反应以引起氨分解从而产生氢气，并从反应器中取出产物流，产物流包括氢气。

在某些方面，该方法还包括以下步骤：将氢气流引入反应器，以每分钟2℃的速率将反应器中的温度升高到500℃，并在反应器中的温度保持在500℃至少3小时以活化钴基催化剂上的金属位点，然后进行将氨流引入到反应器的步骤。

在某些方面，反应器中的温度在250℃和700℃之间的范围内。在某些方面，反应器中的压力在1巴和40巴之间的范围内。在某些方面，产物流还包括氮气。在某些方面，氨的转化率大于95％。

在第二方面，提供了一种制备钴基催化剂的方法。该方法包括以下步骤：将六水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)和六水合硝酸铈(Ce(NO₃)₂·6H₂O)溶解在蒸馏水中，添加碳酸钠(Na₂CO₃)溶液，保持溶液直到碳酸钴和碳酸铈从溶液中沉淀出来，在约0.4巴的压力下过滤碳酸钴和碳酸铈，用冷蒸馏水洗涤过滤后的碳酸钴和碳酸铈直到pH为7，以产生洗涤后的沉淀物，将洗涤后的沉淀物在100℃的温度下干燥至少8小时以产生干燥后的沉淀物，将干燥后的沉淀物在550℃的温度下煅烧至少3小时以产生黑色粉末，其中煅烧步骤的温度能够烧尽碳酸盐以产生包含Co₃O₄/CeO₂复合氧化物的黑色粉末，用硝酸钡(Ba(NO₃)₂)水溶液浸渍黑色粉末以产生前体，将前体在120℃的温度下干燥至少8小时以产生干燥后的前体，并且将干燥后的前体在550℃的温度下煅烧至少3小时，以产生钴基催化剂。