CN108217654A - 一种制氢催化剂的制备方法和催化制氢方法 - Google Patents

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    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

本发明公开了一种制氢催化剂的制备方法和催化制氢方法，涉及化工技术领域。以磁铁矿Fe3O4为原料，颗粒原料装在流化床反应器内，用氨气置换出空气后，氨气排出，加入纯氢气，启用压缩机，氢气循环，气体推动催化层向上流动，开启加热器，在这个过程中Fe3O4被完全转化为a－Fe金属铁；停止加热，自然冷却至常温下，回收氢气；加入CO，启动压缩机，CO循环，气体推动催化层向上流动，开启加热器；在这个过程中，a－Fe被完全转化为FeC碳化铁；测量尾气的CO2含量，达到90％以上时，停止加热，自然冷却至常温下，此时FeC碳化铁作制氢催化剂。本发明原料易得，能够大量、廉价的制氢，安全方便的储运，广泛经济应用。

Description

一种制氢催化剂的制备方法和催化制氢方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其是一种制氢催化剂的制备方法和催化制氢方法，具体涉及一种用于CO+H2循环反应水解制氢的制氢催化剂的制备方法和催化制氢方法。
背景技术
氢气广泛用于工业过程中，如石油、化工、冶金、医药、航天等，其中用量最大的石油化工工业。在氢气的化工用途中，合成氨与石油炼制所占的比例较大。随着社会对环境质量的日益重视，柴油汽油中允许的硫化物、芳烃化合物的含量逐步降低，这使氢气的需求量呈增长态势。氢作为一种清洁燃料，具有燃烧热值高、燃烧产物是水，不会对环境排放温室气体，因此是一种较理想的二次能源，氢能源的使用也会增加市场对氢气的需求。近年来，低温燃料电池已成功地步入了商业化时代，特别是质子交换膜燃料电池与碱性燃料电池，其较高的能量转换效率引起了社会各界的广泛关注。这类燃料电池是一类氢燃料电池，它对CO比较敏感，如质子交换膜燃料电池要求CO含量低于20×10-6，而碱性燃料电池允许的CO含量也只有200×10-6[7]。因此低温燃料电池对氢气制备提出了特殊的要求。对于移动燃料电池而言，制氢过程还要满足随启随停的要求。总之，氢气的需求总量在增长，制氢规模与特点呈现多元化格局。
目前，氢气生产可以是由矿物燃料制备，也可是电解水制备。由于电解水制氢成本较高，所以氢气生产有90％是由矿物燃料生产的。在矿物燃料中，煤的资源较丰富，但需要处理固体物料，因此其生产成本较高，所以煤气化制氢发展呈减慢趋势。天然气资源丰富，其主要成分是甲烷，加工成本较低，因此天然气成为制氢的主要原料。其中天然气蒸汽转化是较普遍的制氢方法。
由此可见，氢能是公认的清洁能源，它来源广，资源极其丰富，最有希望在未来替代化石能源。然而要将氢能作为能源造福人类面临三大难题，大量、廉价的制氢，安全方便的储运，广泛经济的应用形式等。
发明内容
本发明的目的是提供一种原料易得，能够大量、廉价的制氢，安全方便的储运，广泛经济应用的制氢催化剂的制备方法和催化制氢方法。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：一种制氢催化剂的制备方法，它包含如下步骤：
以磁铁矿Fe3O4为原料，颗粒原料装在流化床反应器内，用氨气置换出空气后，氨气排出，加入纯氢气，当压力在0.5MPa时，启用压缩机，氢气循环，气体推动催化层向上流动，开启加热器，流动的颗粒被逐渐加热至400℃，保持24n；在这个过程中Fe3O4被完全转化为a－Fe金属铁；
Fe3O4+4H2＝a－Fe+4H2O
停止加热，自然冷却至常温下，回收氢气；加入CO，启动压缩机，CO循环，气体推动催化层向上流动，开启加热器，流动的颗粒被逐渐加热至300℃，保持24n；在这个过程中，a－Fe被完全转化为FeC碳化铁；
测量尾气的CO2含量，达到90％以上时，停止加热，自然冷却至常温下，此时FeC碳化铁作制氢催化剂；
CO+1.5H2而FeC催化剂的碳化物自行平衡；
当催化剂空速为3000n-1时，每小时可多产生1000M3的氢气。
本发明还提供了一种催化制氢方法，它包含如下步骤：
使用时，先注入CO+H2种子，按1:1注入，此时压力表显示0.3Mpa，在反应温度250℃时，启动压缩机进行气体循环，此时，注入水蒸气，按下列反应式进行反应：
FeC+O→Fe+CO
H2O+C→H2+CO
Fe+2CO→FeC+0.5CO
0.5H2+0.5CO2→CO+H2O
当气体压力由0.3MPa逐渐上升时，表明反应正常进行，调节水蒸气使入量，反应在循环压缩机的循环下，自混合气体经过气体分离器底部分离出CO返回反应器入口，H2经上端1/2的H2返回至入口，1/2的H2输入储氢罐存贮；
循环压缩机持续循环，持续不断产生氢气，达到水制氢的目的。
采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
采用原料易得的磁铁矿Fe3O4为原料，经过处理后成为具有催化制氢的催化剂。任何形状的磁铁矿Fe3O4，经过成型为所需要的颗粒后都可以作为制氢的催化剂原料。能够实现大量、廉价的制氢，安全方便的储运，广泛经济的应用形式，节约能源，科技环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的实施例中催化剂预处理装置的结构示意图；
图2为本发明所提供的实施例中制氢催化剂应用的反应装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-图2，本具体实施方式采用以下技术方案：一种制氢催化剂的制备方法，它包含如下步骤：
以磁铁矿Fe3O4为原料，颗粒原料装在流化床反应器内，用氨气置换出空气后，氨气排出，加入纯氢气，当压力在0.5MPa时，启用压缩机，氢气循环，气体推动催化层向上流动，开启加热器，流动的颗粒被逐渐加热至400℃，保持24n；在这个过程中Fe3O4被完全转化为a－Fe金属铁；
Fe3O4+4H2＝a－Fe+4H2O
停止加热，自然冷却至常温下，回收氢气；加入CO，启动压缩机，CO循环，气体推动催化层向上流动，开启加热器，流动的颗粒被逐渐加热至300℃，保持24n；在这个过程中，a－Fe被完全转化为FeC碳化铁；
测量尾气的CO2含量，达到90％以上时，停止加热，自然冷却至常温下，此时FeC碳化铁作制氢催化剂；
制氢催化剂的反应原理：
FeC+O→Fe+CO
H2O+C→H2+CO
Fe+2CO→FeC+0.5CO
0.5H2+0.5CO2→CO+H2O
则得：CO+1.5H2而FeC催化剂的碳化物自行平衡；
当催化剂空速为3000n-1时，每小时可多产生1000M3的氢气。
本发明还提供了一种催化制氢方法，它包含如下步骤：
使用时，先注入CO+H2种子，按1:1注入，此时压力表显示0.3Mpa，在反应温度250℃时，启动压缩机进行气体循环，此时，注入水蒸气，按下列反应式进行反应：
FeC+O→Fe+CO
H2O+C→H2+CO
Fe+2CO→FeC+0.5CO
0.5H2+0.5CO2→CO+H2O
当气体压力由0.3MPa逐渐上升时，表明反应正常进行，调节水蒸气使入量，反应在循环压缩机的循环下，自混合气体经过气体分离器底部分离出CO返回反应器入口，H2经上端1/2的H2返回至入口，1/2的H2输入储氢罐存贮；
循环压缩机持续循环，持续不断产生氢气，达到水制氢的目的。
本发明能够实现大量、廉价的制氢，安全方便的储运，广泛经济的应用形式，节约能源，科技环保。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种制氢催化剂的制备方法，其特征在于，它包含如下步骤：
以磁铁矿Fe3O4为原料，颗粒原料装在流化床反应器内，用氨气置换出空气后，氨气排出，加入纯氢气，当压力在0.5MPa时，启用压缩机，氢气循环，气体推动催化层向上流动，开启加热器，流动的颗粒被逐渐加热至400℃，保持24n；在这个过程中Fe3O4被完全转化为a－Fe金属铁；
Fe3O4+4H2＝a－Fe+4H2O
停止加热，自然冷却至常温下，回收氢气；加入CO，启动压缩机，CO循环，气体推动催化层向上流动，开启加热器，流动的颗粒被逐渐加热至300℃，保持24n；在这个过程中，a－Fe被完全转化为FeC碳化铁；
测量尾气的CO2含量，达到90％以上时，停止加热，自然冷却至常温下，此时FeC碳化铁作制氢催化剂；
制氢催化剂的反应原理：
FeC+O→Fe+CO
H2O+C→H2+CO
Fe+2CO→FeC+0.5CO
0.5H2+0.5CO2→CO+H2O
则得：CO+1.5H2而FeC催化剂的碳化物自行平衡；
当催化剂空速为3000n-1时，每小时可多产生1000M3的氢气。
2.一种催化制氢方法，其特征在于，它包含如下步骤：
使用时，先注入CO+H2种子，按1:1注入，此时压力表显示0.3Mpa，在反应温度250℃时，启动压缩机进行气体循环，此时，注入水蒸气，按下列反应式进行反应：
FeC+O→Fe+CO
H2O+C→H2+CO
Fe+2CO→FeC+0.5CO
0.5H2+0.5CO2→CO+H2O
当气体压力由0.3MPa逐渐上升时，表明反应正常进行，调节水蒸气使入量，反应在循环压缩机的循环下，自混合气体经过气体分离器底部分离出CO返回反应器入口，H2经上端1/2的H2返回至入口，1/2的H2输入储氢罐存贮；
循环压缩机持续循环，持续不断产生氢气，达到水制氢的目的。
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