CZ307583B6 - A method of preparing a molybdenum-nickel catalyst for catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane - Google Patents

A method of preparing a molybdenum-nickel catalyst for catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane Download PDF

Info

Publication number
CZ307583B6
CZ307583B6 CZ2016-387A CZ2016387A CZ307583B6 CZ 307583 B6 CZ307583 B6 CZ 307583B6 CZ 2016387 A CZ2016387 A CZ 2016387A CZ 307583 B6 CZ307583 B6 CZ 307583B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
molybdenum
catalyst
carbon dioxide
nickel
hydrogen
Prior art date
Application number
CZ2016-387A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2016387A3 (en
Inventor
Tomáš Hlinčík
Veronika Šnajdrová
Erlisa Baraj
Karel CIAHOTNÝ
Viktor Tekáč
Original Assignee
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká škola chemicko-technologická v Praze filed Critical Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Priority to CZ2016-387A priority Critical patent/CZ307583B6/en
Publication of CZ2016387A3 publication Critical patent/CZ2016387A3/en
Publication of CZ307583B6 publication Critical patent/CZ307583B6/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Řešení se týká katalyzátoru tvořeného vypáleným boehmitem na 500 °C v muflové peci obsahující 7 % hmotnosti molybdenu a 4 % hmotnosti niklu, jehož příprava spočívá v tom, že katalyzátor se impregnuje 20 % hmotn. roztoky tetrahydrátu heptamolybdenanu hexaamonného a hexahydrátu dusičnanu nikelnatého, který se nanáší na nosič s dobou zdržení maximálně deset minut, a následném vypalování při teplotě 500 °C s teplotním gradientem 10 °C/minutu.The present invention relates to a boehmite catalyst at 500 ° C in a muffle furnace containing 7% by weight of molybdenum and 4% by weight of nickel, the preparation of which comprises impregnating the catalyst with 20% by weight of nickel. solutions of hexa-ammonium heptamolybdate tetrahydrate and nickel nitrate hexahydrate, which is applied to the carrier with a residence time of at most 10 minutes, followed by firing at 500 ° C with a temperature gradient of 10 ° C / minute.

Description

Způsob přípravy katalyzátoru na bázi molybden - nikl pro katalytickou hydrogenaci oxidu uhličitého vodíkem na methanProcess for the preparation of a molybdenum - nickel catalyst for the catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane

Oblast technikyField of technology

Předkládaný vynález se týká způsobu přípravy katalyzátoru na bázi nikl - molybden pro katalytickou hydrogenaci oxidu uhličitého vodíkem na methan a vodu.The present invention relates to a process for the preparation of a nickel-molybdenum catalyst for the catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane and water.

Dosavadní stav technikyPrior art

Katalytická hydrogenace oxidu uhličitého vodíkem na methan a vodu bývá také označován jako methanizace nebo Sabatierova reakce. Tato reakce je vyjádřena rovnicí:The catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane and water is also referred to as methanation or Sabatier reaction. This reaction is expressed by the equation:

CO2 + 4H2 θ CH. + 2H2OCO 2 + 4H 2 θ CH. + 2H 2 O

Reakční teplota se pohybuje od 190 °C až do 800 °C v závislosti na použitém katalyzátoru. Pro reakci se používají katalyzátory, jejichž aktivita klesá: Ru>Ni>Co>Os>Pt>Fe>Mo>Pd>Ag. Z těchto kovů jsou nejvíce využívány ruthenium, nikl, kobalt, železo a molybden. Mechanismus katalytické hydrogenace oxidu uhličitého vodíkem je poměrně složitý. Reakce probíhá na povrchu katalyzátoru, takže její mechanismus je výrazně ovlivněn konkrétním katalyzátorem. Existují rozdílné názory na to, jaké meziprodukty se během tvorby methanu objevují. Zjednodušením lze možné mechanismy rozdělit na dva základní typy. První představa předpokládá přeměnu oxidu uhličitého na oxid uhelnatý a následnou methanizaci oxidu uhelnatého. Druhou možností je přímá hydrogenace oxidu uhličitého bez vzniku oxidu uhelnatého jako meziproduktu.The reaction temperature ranges from 190 ° C to 800 ° C depending on the catalyst used. Catalysts whose activity decreases are used for the reaction: Ru> Ni> Co> Os> Pt> Fe> Mo> Pd> Ag. Of these metals, ruthenium, nickel, cobalt, iron and molybdenum are the most widely used. The mechanism of catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen is relatively complex. The reaction takes place on the surface of the catalyst, so that its mechanism is significantly influenced by a particular catalyst. There are differing views on which intermediates appear during methane formation. By simplification, possible mechanisms can be divided into two basic types. The first idea assumes the conversion of carbon dioxide to carbon monoxide and the subsequent methanation of carbon monoxide. The second option is the direct hydrogenation of carbon dioxide without the formation of carbon monoxide as an intermediate.

Jednou z možností využití katalytické hydrogenace oxidu uhličitého na methan je v procesu známého jako Power - to - Gas. V tomto konceptu výroby syntetického zemního plynu se využívá přebytků elektrické energie vyrobené z obnovitelných zdrojů energie. Pomocí této elektrické energie lze vyrobit vodík pomocí elektrolýzy. Oxid uhličitý by se následně separoval ze spalin z fosilních elektráren. Pomocí oxidu uhličitého a vodíku lze pomocí katalytické hydrogenace oxidu uhličitého vyrobit methan a vodu. Ve zmiňovaném případě ovšem spaliny obsahují nemalé množství simých látek, které působí jako katalytický jed. Jedním z katalyzátorů, který má resistenci oproti síře je molybden. Použití směsného katalyzátoru na bázi molybdennikl umožní použití pro katalytické reakce v širokém rozmezí teplot s vysokou konverzí.One way to use the catalytic hydrogenation of carbon dioxide to methane is in a process known as Power-to-Gas. This concept of synthetic natural gas production uses surpluses of electricity produced from renewable energy sources. With this electrical energy, hydrogen can be produced by electrolysis. Carbon dioxide would then be separated from flue gases from fossil power plants. Using carbon dioxide and hydrogen, methane and water can be produced by catalytic hydrogenation of carbon dioxide. In the mentioned case, however, the flue gases contain a considerable amount of simulants, which act as a catalytic poison. One of the catalysts that has resistance to sulfur is molybdenum. The use of a mixed catalyst based on molybdenum nickel will allow its use for catalytic reactions in a wide range of high conversion temperatures.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Podstatou předkládaného vynálezu je způsob nanesení katalyzátoru na bázi molybden - nikl použitelného pro katalytickou hydrogenaci oxidu uhličitého vodíkem na methan a vodu, kroky zahrnující impregnaci porézního povrchu nosiče roztoky tetrahydrátu heptamolybdenanu hexaamonného (NH4)6(Mo7O24).4H2O a hexahydrátu dusičnanu nikelnatého Ni(NO3)2.6H2O na porézní povrch vypáleného boehmitu. Tento postup přípravy katalyzátoru se odlišuje od jiných patentových postupů (např. v patentech US 3962140 A, CN 103464192 A) tím, že používá mžikové nanášení roztoků solí katalyticky aktivních prvků na již zkalcinovaný nosič katalyzátoru (Boehmitu). Nosič katalyzátoru naimpregnovaný katalyticky aktivními prvky se již dále nekalcinuje. Provádí se převedením katalytických aktivních sloučenin do aktivní formy jejich redukcí vodíkem při teplotě 450 °C po dobu 5 hodin. Použití takového katalyzátoru umožní použití spalin (jako zdroje oxidu uhličitého pro methanizaci) s minimálním obsahem oxidu siřičitého, který působí na niklový katalyzátor jako katalytický jed. Takto připravený katalyzátor je aktivní v širokém rozmezí teplot, protože nikl patří mezi nízkoteplotní katalyzátory a molybden mezi vysokoteplotní katalyzátory.The present invention provides a process for applying a molybdenum-nickel catalyst useful for the catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane and water, the steps comprising impregnating the porous surface of the support with hexaammonium (NH 4 ) 6 (Mo 7 O 2 ) .4H 2 O heptamolybdate tetrahydrate solutions. of nickel nitrate hexahydrate Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O on the porous surface of the fired boehmite. This catalyst preparation process differs from other patent processes (e.g. U.S. Pat. The catalyst support impregnated with catalytically active elements is no longer calcined. It is carried out by converting the catalytically active compounds into active form by reducing them with hydrogen at 450 DEG C. for 5 hours. The use of such a catalyst will allow the use of flue gases (as a source of carbon dioxide for methanation) with a minimum content of sulfur dioxide, which acts on the nickel catalyst as a catalytic poison. The catalyst thus prepared is active over a wide temperature range because nickel is a low temperature catalyst and molybdenum is a high temperature catalyst.

- 1 CZ 307583 B6- 1 CZ 307583 B6

Při vložení nosiče do roztoků (20 % hmotn.) musí být dodržena doba zdržení maximálně deset minut, impregnace nosiče tedy musí probíhat relativně rychle. Je to z důvodu stability tetrahydrátu heptamolybdenanu hexaamonného. Z 20 % hmotn. roztoku této látky se stáním na vzduchu nebo zahřátím začne uvolňovat amoniak a vylučovat sloučenina ve formě pevné látky pentahydrátu dihydrogenhexamolybdenan tetraamonného (NH4)4H2(Mo6O2i).5H2O. Tato látka je také známá jako polymolybdenan amonný a zamezuje nanesení katalyzátoru na bázi molybden na povrch nosiče.When placing the support in solutions (20% by weight), a residence time of a maximum of ten minutes must be observed, so the impregnation of the support must take place relatively quickly. This is due to the stability of hexaammonium heptamolybdate tetrahydrate. From 20 wt. solution of this substance with standing in air or heating begins to release ammonia and precipitate the compound as a solid tetrahydronium dihydrogen hexamolybdate pentahydrate (NH 4 ) 4 H 2 (Mo 6 O 2 ) .5H 2 O. This substance is also known as ammonium polymolybdate and prevents the catalyst from being deposited. molybdenum-based on the surface of the support.

Příklad uskutečnění vynálezuExample of an embodiment of the invention

Tento příklad popisuje přípravu katalyzátoru podle předkládaného vynálezu obsahujícího molybden a nikl.This example describes the preparation of a catalyst according to the present invention containing molybdenum and nickel.

Jako nosič katalyzátoru byl použit boehmit vypálený v muflové peci při 500 °C (minimálně po dobu 6 hodin). Při této teplotě přechází boehmit AIO(OH) na γ-aluminu AI2O3. V tomto případě byl použit boehmit mající tvar kroužků o rozměrech 8x5 mm s celkovou plochou vnitřního povrchu 250 až 256 m2/g a objemem pórů 0,45 ml/g, přičemž 78 % pórů mělo velikost pod 6 nm.Boehmite fired in a muffle furnace at 500 ° C (minimum 6 hours) was used as catalyst support. At this temperature, the boehmite AIO (OH) converts to γ-alumina Al2O3. In this case, a boehmite having the shape of rings measuring 8x5 mm with a total inner surface area of 250 to 256 m 2 / g and a pore volume of 0.45 ml / g was used, with 78% of the pores being below 6 nm in size.

Pro impregnaci byly připraveny 20% hmotn. vodné roztoky tetrahydrátu heptamolybdenanu hexaamonného (ΝΗ4)6(Μθ7θ24).4Η2Ο a hexahydrátu dusičnanu nikelnatého Ni(NO3)2.6H2O. Roztoky byly smíchány a 400 ml tohoto roztoku bylo použito pro následnou impregnaci. Do roztoku byl přidán předem vypálený nosič při teplotě 500 °C (γ-alumina). Doba zdržení nosiče v roztoku byla maximálně deset minut. Následně byl nosič s katalyzátorem oddělen od roztoku pomocí Buchnerovy nálevky při atmosférickém tlaku. Nanesený katalyzátor s nosičem byl poté umístěn do sušárny vyhřáté na 110 °C, kde byl ponechán 16 hodin. Po uplynutí této doby byl vysušený katalyzátor s nosičem umístěn do muflové pece, kde probíhalo jeho zahřívání na konečnou teplotu 500 °C s teplotním gradientem 10 °C/minutu. Po vyhřátí muflové pece na 500 °C byla tato teplota udržována 6 hodin. V průběhu vypalování katalyzátoru docházelo k oxidaci tetrahydrátu heptamolybdenanu hexaamonného a hexahydrátu dusičnanu nikelnatého na příslušné oxidy kovů. Takto lze impregnací dosáhnout obsahu 7 % hmotn. molybdenu a 4 % hmotn. niklu v katalyzátoru. Před použitím katalyzátoru je nutné oxidy zmíněných prvků zredukovat vodíkem. Tato redukce se provádí při teplotách přibližně 450 °C po dobu 5 hodin.For impregnation, 20 wt. aqueous solutions of hexaammonium heptamolybdate tetrahydrate (ΝΗ 4 ) 6 (Μθ7θ2 4 ) .4Η 2 Ο and nickel nitrate hexahydrate Ni (NO 3 ) 2.6H 2 O. The solutions were mixed and 400 ml of this solution was used for subsequent impregnation. A pre-fired support was added to the solution at 500 ° C (γ-alumina). The residence time of the carrier in solution was a maximum of ten minutes. Subsequently, the catalyst support was separated from the solution by means of a Buchner funnel at atmospheric pressure. The supported supported catalyst was then placed in an oven heated to 110 ° C where it was left for 16 hours. After this time, the dried supported catalyst was placed in a muffle furnace where it was heated to a final temperature of 500 ° C with a temperature gradient of 10 ° C / minute. After heating the muffle furnace to 500 ° C, this temperature was maintained for 6 hours. During the firing of the catalyst, the hexaammonium heptamolybdate tetrahydrate and nickel nitrate hexahydrate were oxidized to the corresponding metal oxides. In this way, a content of 7% by weight can be achieved by impregnation. of molybdenum and 4 wt. nickel in the catalyst. Before using the catalyst, it is necessary to reduce the oxides of said elements with hydrogen. This reduction is performed at temperatures of about 450 ° C for 5 hours.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob podle vynálezu lze použít pro přípravu katalyzátoru na bázi molybden-nikl pro katalytickou methanizaci oxidu uhličitého vodíkem. Tento katalyzátor zajišťuje vyšší odolnost vůči simým sloučeninám, v případě využití oxidu uhličitého ze spalin pro katalytickou hydrogenaci oxidu uhličitého vodíkem se jedná o oxid siřičitý. V procesu methanizace lze využít široké rozmezí teplot z důvodu použití katalytických prvků na bázi směsi molybden-nikl, přičemž konverze reagujících látek na methan je v celém rozmezí teplot vysoká.The process of the invention can be used to prepare a molybdenum-nickel catalyst for the catalytic methanation of carbon dioxide with hydrogen. This catalyst provides a higher resistance to sim compounds, in the case of using carbon dioxide from the flue gas for the catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen, it is sulfur dioxide. A wide temperature range can be used in the methanation process due to the use of molybdenum-nickel catalyst elements, with the conversion of reactants to methane being high over the entire temperature range.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Způsob přípravy katalyzátoru na bázi molybden - nikl pro methanizaci oxidu uhličitého vodíkem, vyznačující se tím, že vypálený boehmit na 500 °C se impregnuje 20 % hmotn. roztoky tetrahydrátu heptamolybdenanu hexaamonného a hexahydrátu dusičnanu nikelnatého při době zdržení nosiče v roztoku maximálně deset minut při laboratorní teplotě, po odstranění roztoku se následně suší při teplotě 110 °C po dobu 16 h a následně se v muflové peci zahřívá na teplotu 500 °C s teplotním gradientem 10 °C/minutu.A process for the preparation of a molybdenum-nickel catalyst for the methanation of carbon dioxide with hydrogen, characterized in that the fired boehmite at 500 ° C is impregnated with 20% by weight. solutions of hexaammonium heptamolybdate tetrahydrate and nickel nitrate hexahydrate with a holding time of the support in solution of a maximum of ten minutes at room temperature, after removing the solution it is dried at 110 ° C for 16 h and then heated in a muffle furnace to 500 ° C with a temperature gradient 10 ° C / minute. -2CZ 307583 B6-2GB 307583 B6 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že po zahřátí v muflové na peci na teplotu 450 °C po dobu 5 hodin jsou oxidy molybdenu a niklu v proudu vodíku převedeny na katalyticky aktivní prvky.Process according to Claim 1, characterized in that, after heating in a muffle furnace at 450 ° C for 5 hours, the oxides of molybdenum and nickel in the hydrogen stream are converted into catalytically active elements.
CZ2016-387A 2016-06-28 2016-06-28 A method of preparing a molybdenum-nickel catalyst for catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane CZ307583B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-387A CZ307583B6 (en) 2016-06-28 2016-06-28 A method of preparing a molybdenum-nickel catalyst for catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-387A CZ307583B6 (en) 2016-06-28 2016-06-28 A method of preparing a molybdenum-nickel catalyst for catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2016387A3 CZ2016387A3 (en) 2018-01-10
CZ307583B6 true CZ307583B6 (en) 2018-12-27

Family

ID=60937205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2016-387A CZ307583B6 (en) 2016-06-28 2016-06-28 A method of preparing a molybdenum-nickel catalyst for catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ307583B6 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3962140A (en) * 1975-03-10 1976-06-08 The Harshaw Chemical Company Nickel-copper-molybdenum methanation catalyst
US4045461A (en) * 1975-02-03 1977-08-30 Shell Oil Company High temperature methanation with molten salt-based catalyst systems
US4491564A (en) * 1982-03-01 1985-01-01 Olin Corporation Reactor containing a methanation catalyst
CN103464192A (en) * 2013-09-26 2013-12-25 中国石油大学(北京) Mesoporous nickel-molybdenum oxide catalyst, and preparation method and application thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4045461A (en) * 1975-02-03 1977-08-30 Shell Oil Company High temperature methanation with molten salt-based catalyst systems
US3962140A (en) * 1975-03-10 1976-06-08 The Harshaw Chemical Company Nickel-copper-molybdenum methanation catalyst
US4491564A (en) * 1982-03-01 1985-01-01 Olin Corporation Reactor containing a methanation catalyst
CN103464192A (en) * 2013-09-26 2013-12-25 中国石油大学(北京) Mesoporous nickel-molybdenum oxide catalyst, and preparation method and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2016387A3 (en) 2018-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mutz et al. Potential of an alumina-supported Ni3Fe catalyst in the methanation of CO2: Impact of alloy formation on activity and stability
Ronda-Lloret et al. CO2 hydrogenation at atmospheric pressure and low temperature using plasma-enhanced catalysis over supported cobalt oxide catalysts
Guo et al. High-performance, scalable, and low-cost copper hydroxyapatite for photothermal CO2 reduction
Chen et al. Unique reactivity in Pt/CNT catalyzed hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane
CN107694594B (en) Metal-immobilized nitrogen-doped carbon material and preparation method and application thereof
JP2016159209A (en) Ammonia decomposition catalyst, production method of catalyst, and ammonia decomposition method using catalyst
Zhang et al. High-loading nickel phosphide catalysts supported on SiO2–TiO2 for hydrodeoxygenation of guaiacol
CN110721690B (en) Ni-Fe bimetal multifunctional catalyst for biological oil steam reforming hydrogen production
Wang et al. Synergistic effect between Co single atoms and nanoparticles enables selective synthesis of bio-based benzimidazoles
Miao et al. Efficient and stable Ni/ZSM-5@ MCM-41 catalyst for CO2 methanation
CN109225222B (en) Composite photocatalyst and application thereof
KR101804625B1 (en) Non-noble metal/zirconium phosphate cayalyst for cyclic-hydrocarbon production and Method for cyclic-hydrocarbon using the same
JP4211900B2 (en) Metal fine particle supported hydrocarbon reforming catalyst and method for producing the same
CN104971727A (en) Preparation method of high-efficiency nickel-based catalyst for producing hydrogen in methanol-steam reforming
Ibrahim et al. Influence of promoted 5% Ni/MCM‐41 catalysts on hydrogen yield in CO2 reforming of CH4
CN112169815A (en) Application of iron-based catalyst in synthesis of low-carbon olefin by carbon dioxide hydrogenation
JP4437230B2 (en) Tantalum-based oxynitride photocatalyst and method for producing the same
Pennington et al. Metal-free hydrogen evolution over defect-rich anatase titanium dioxide
CN104971767B (en) A kind of embedded catalyst for methanation in presence of sulfur and preparation method and application
Dedov et al. New heterogeneous catalytic systems based on highly porous ceramic materials modified with immobilized d-metal cage complexes for H2 production from CH4
CZ307583B6 (en) A method of preparing a molybdenum-nickel catalyst for catalytic hydrogenation of carbon dioxide with hydrogen to methane
CN112827501A (en) Controllable synthesis of alpha-MoC supported indium and modified catalyst thereof and application of alpha-MoC supported indium in reaction for preparing methanol by carbon dioxide hydrogenation
KR20130011296A (en) The method of aromatic compounds production using tungsten oxide alumina catalyst for hydrodeoxygenation of guaiacol
CN113649014B (en) Nickel-zinc-based catalyst and preparation method and application thereof
CZ30298U1 (en) A catalyst for methanisation of hydrogen