CN114160182A - 甲醇水蒸气重整制氢的催化剂及其制备、制氢方法 - Google Patents
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Abstract
一种甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，该催化剂为以MCM‑41为载体，负载Cu、Zn、Sb和Bi制备的催化剂。本申请以MCM‑41分子筛为载体，负载Cu、Zn、Sb和Bi制备催化剂，用于甲醇和水蒸气反应制备氢气，反应温度在160~200℃，甲醇的转化率和氢气的选择性较高，用气相色谱仪进行在线分析，甲醇的转化率为97.5%~99.8%，氢气的选择性为98.4%~99.8%，一氧化碳选择性为0.2%~1.5%，并且所制备的催化剂在较低的反应温度下具有活性高、选择性好，同时具备稳定性好的特性，具有很高的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及甲醇制氢技术领域，特别是一种甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，还涉及上述甲醇水蒸气重整制氢的催化剂的制备、制氢方法。
背景技术
甲醇被誉为是最有希望的高携能燃料，具有价廉易得、能量密度高，碳含量低，以及运输和贮存方便等优势；甲醇制氢主要包括直接裂解、水蒸汽重整和部分氧化重整三种，其中甲醇水蒸汽重整制氢是目前转化制氢方式中氢含量最高的反应，具有成本低、条件温和、产物成分少易分离等优点。
甲醇水蒸汽重整制氢技术的核心在于催化剂，有关催化剂已得到广泛、深入的研究，其中以铜系催化剂研究居多，其优点为价格低廉、活性较好，但也存在选择性差、低温活性低和使用寿命短的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种活性高、选择性好，同时稳定性好、实用性高的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂及其制备方法。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供了上述甲醇水蒸气重整制氢的催化剂的制备、制氢方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，该催化剂为以MCM-41为载体，负载Cu、Zn、Sb和Bi制备的催化剂。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，在该催化剂中，Cu的质量分数为15%，Zn的质量分数为3%，Sb的质量分数为1~5%，Bi的质量分数为1~5%，载体MCM-41的质量分数为72~80%。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，在该催化剂中，Cu的质量分数为15%，Zn的质量分数为3%，Sb的质量分数为3~5%，Bi的质量分数为3~5%，载体MCM-41的质量分数为72~76%。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，在该催化剂中，Cu的质量分数为15%，Zn的质量分数为3%，Sb的质量分数为3%，Bi的质量分数为5%，载体MCM-41的质量分数为74%。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，一种甲醇水蒸气重整制氢的催化剂的制备方法，其步骤如下：
（1）配制含Cu、Zn、Bi的硝酸盐水溶液；
（2）加入MCM-41和Sb2O3搅拌均匀；
（3）滴加20%的氨水至PH=7.5，然后室温条件下放置12h，再放入烘箱100℃下干燥12h，最后在600℃条件下煅烧4h；
（4）放置冷却后压片成型，筛出粒度为20~40目的颗粒，即得甲醇水蒸汽重整制氢的催化剂。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，一种甲醇水蒸气重整制氢的催化剂的使用方法，其步骤如下：
（1）将制备的甲醇水蒸汽重整制氢催化剂装入反应器中，然后升温，使反应器的温度保持350℃；
（2）通氢气使催化剂活化1小时，再将反应器恒温至160~200℃；
（3）将甲醇与水蒸气的混合气体升温气化后通入反应器进行催化反应，即可。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂的使用方法，在步骤（3）中，进料甲醇和水的摩尔比为1：1.3，进料的质量空速为1.2h-1。
与现有技术相比，本发明以MCM-41分子筛为载体，负载Cu、Zn、Sb和Bi制备催化剂，用于甲醇和水蒸气反应制备氢气，反应温度在160~200℃，甲醇的转化率和氢气的选择性较高，用气相色谱仪进行在线分析，甲醇的转化率为97.5%~99.8%，氢气的选择性为98.4%~99.8%，一氧化碳选择性为0.2%~1.5%，并且所制备的催化剂在较低的反应温度下具有活性高、选择性好，同时具备稳定性好的特性，具有很高的实用性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，1#催化剂的制备：
组成为Cu：15%，Zn：3%，Sb：1%，Bi：1%，MCM-41：80%；
制备方法为：
称取3.4570g的Cu(NO3)2•3H2O、0.8567g的Zn(NO3)2•6H2O和0.1450g的Bi(NO3)3，加100ml去离子水溶解，再将5g的MCM-41和0.1491g的Sb2O3加入到完全溶解的硝酸盐水溶液中，滴加20%的氨水至PH=7.5，搅拌均匀，室温条件下放置12h，放入烘箱100℃条件下干燥12h，接着在600℃条件下煅烧4h，放置冷却后压片成型，筛出粒度为20~40目的颗粒，即得到1#催化剂。
实施例2，2#催化剂的制备：
组成为Cu：15%，Zn：3%，Sb：3%，Bi：3%，MCM-41：76%；
制备方法为：
称取3.6390g的Cu(NO3)2•3H2O、0.9018g的Zn(NO3)2•6H2O和0.4580g的Bi(NO3)3，加100ml去离子水溶解，再将5g的MCM-41和0.4707g的Sb2O3加入到完全溶解的硝酸盐水溶液中，滴加20%的氨水至PH=7.5，搅拌均匀，室温条件下放置12h，放入烘箱100℃条件下干燥12h，接着在600℃条件下煅烧4h，放置冷却后压片成型，筛出粒度为20~40目的颗粒，即得到2#催化剂。
实施例3，3#催化剂的制备：
组成为Cu：15%，Zn：3%，Sb：5%，Bi：5%，MCM-41：72%；
制备方法为：
称取3.8411g的Cu(NO3)2•3H2O、0.9519g的Zn(NO3)2•6H2O和0.8058g的Bi(NO3)3，加100ml去离子水溶解，再将5g的MCM-41和0.8282g的Sb2O3加入到完全溶解的硝酸盐水溶液中，滴加20%的氨水至PH=7.5，搅拌均匀，室温条件下放置12h，放入烘箱100℃条件下干燥12h，接着在600℃条件下煅烧4h，放置冷却后压片成型，筛出粒度为20~40目的颗粒，即得到3#催化剂。
实施例4，4#催化剂的制备：
组成为Cu：15%，Zn：3%，Sb：3%，Bi：5%，MCM-41：74%；
制备方法为：
称取3.7373g的Cu(NO3)2•3H2O、0.9262g的Zn(NO3)2•6H2O和0.7840g的Bi(NO3)3，加10ml去离子水溶解，再将5g的MCM-41和0.4835g的Sb2O3加入到完全溶解的硝酸盐水溶液中，滴加20%的氨水至PH=7.5，搅拌均匀，室温条件下放置12h，放入烘箱100℃条件下干燥12h，接着在600℃条件下煅烧4h，放置冷却后压片成型，筛出粒度为20~40目的颗粒，即得到4#催化剂。
实施例5，5#催化剂的制备：
组成为Cu：15%，Zn：3%，Sb：5%，Bi：3%，MCM-41：74%；
制备方法为：
称取3.7373g的Cu(NO3)2•3H2O、0.9262g的Zn(NO3)2•6H2O和0.4704g的Bi(NO3)3，加10ml去离子水溶解，再将5g的MCM-41和0.8282g的Sb2O3加入到完全溶解的硝酸盐水溶液中，滴加20%的氨水至PH=7.5，搅拌均匀，室温条件下放置12h，放入烘箱100℃条件下干燥12h，接着在600℃条件下煅烧4h，放置冷却后压片成型，筛出粒度为20~40目的颗粒，即得到5#催化剂。
实施例6，催化剂的活性分析：
采用固定床管反应器考察催化剂活性，分别称取0.5g的1#、2#、3#、4#、5#催化剂置于反应器中，升温，使反应器的温度保持350℃，通氢气使催化剂活化1小时，将反应器恒温至200℃，接着将甲醇与水蒸气的混合气体升温气化后通入反应器进行催化反应；
进料甲醇和水的摩尔比为1：1.3，进料的质量空速为1.2h-1；
然后用气相色谱仪进行在线分析产物；
1~5#催化剂的评价结果见表一；
表一1~5#催化剂在200℃下对甲醇水蒸气重整制氢反应的催化活性
从表一可以看出在反应温度200℃，进料甲醇和水的摩尔比为1：1.3，进料的质量空速为1.2h-1条件下，2#~5#催化剂甲醇转化率高、氢气选择性好，优于1#催化剂，即催化剂组成为Cu：15%，Zn：3%，Sb：3~5%，Bi：3~5%，MCM-41：72~76%时，活性较高。
实施例7，催化剂的反应温度分析：
采用固定床管反应器考察催化剂活性，称取0.5g的3#催化剂置于反应器中，升温，使反应器的温度保持350℃，通氢气使催化剂活化1小时，将反应器恒温至140~200℃，考察此区间催化剂活性，接着将甲醇与水蒸气的混合气体升温气化后通入反应器进行催化反应；
进料甲醇和水的摩尔比为1：1.3；进料的质量空速为1.2h-1，用气相色谱仪进行在线分析产物；
3#催化剂的评价结果见表二；
表二3#催化剂在不同温度下对甲醇水蒸气重整制氢反应的催化活性
从表二可以看出在进料甲醇和水的摩尔比为1：1.3，进料的质量空速为1.2h-1条件下，反应温度在160~200℃时，催化剂活性较好。
Claims (7)
1.一种甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，其特征在于：该催化剂为以MCM-41为载体，负载Cu、Zn、Sb和Bi制备的催化剂。
2.根据权利要求1所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，其特征在于：在该催化剂中，Cu的质量分数为15%，Zn的质量分数为3%，Sb的质量分数为1~5%，Bi的质量分数为1~5%，载体MCM-41的质量分数为72~80%。
3.根据权利要求2所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，其特征在于：在该催化剂中，Cu的质量分数为15%，Zn的质量分数为3%，Sb的质量分数为3~5%，Bi的质量分数为3~5%，载体MCM-41的质量分数为72~76%。
4.根据权利要求3所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，其特征在于：在该催化剂中，Cu的质量分数为15%，Zn的质量分数为3%，Sb的质量分数为3%，Bi的质量分数为5%，载体MCM-41的质量分数为74%。
5.一种甲醇水蒸气重整制氢的催化剂的制备方法，其特征在于：该方法用于制备权利要求1-4任意一项所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，其步骤如下：
（1）配制含Cu、Zn、Bi的硝酸盐水溶液；
（2）加入MCM-41和Sb2O3搅拌均匀；
（3）滴加20%的氨水至PH=7.5，然后室温条件下放置12h，再放入烘箱100℃下干燥12h，最后在600℃条件下煅烧4h；
（4）放置冷却后压片成型，筛出粒度为20~40目的颗粒，即得甲醇水蒸汽重整制氢的催化剂。
6.一种甲醇水蒸气重整制氢方法，其特征在于：该方法使用制备权利要求1-4任意一项所述的甲醇水蒸气重整制氢的催化剂，其步骤如下：
（1）将制备的甲醇水蒸汽重整制氢催化剂装入反应器中，然后升温，使反应器的温度保持350℃；
（2）通氢气使催化剂活化1小时，再将反应器恒温至160~200℃；
（3）将甲醇与水蒸气的混合气体升温气化后通入反应器进行催化反应，即可。
7.根据权利要求6所述的甲醇水蒸气重整制氢方法，其特征在于：在步骤（3）中，进料甲醇和水的摩尔比为1：1.3，进料的质量空速为1.2h-1。
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