PL234050B1 - Method for obtaining a catalyst for steam reforming of methanol and the catalyst obtained by this method - Google Patents

Method for obtaining a catalyst for steam reforming of methanol and the catalyst obtained by this method Download PDF

Info

Publication number
PL234050B1
PL234050B1 PL419439A PL41943916A PL234050B1 PL 234050 B1 PL234050 B1 PL 234050B1 PL 419439 A PL419439 A PL 419439A PL 41943916 A PL41943916 A PL 41943916A PL 234050 B1 PL234050 B1 PL 234050B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
palladium
zinc
catalyst
methanol
hours
Prior art date
Application number
PL419439A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL419439A1 (en
Inventor
Andrzej Machocki
Wojciech Gac
Magdalena Greluk
Grzegorz Słowik
Witold Zawadzki
Original Assignee
Univ M Curie Sklodowskiej
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 Univ M Curie Sklodowskiej filed Critical Univ M Curie Sklodowskiej
Priority to PL419439A priority Critical patent/PL234050B1/en
Publication of PL419439A1 publication Critical patent/PL419439A1/en
Publication of PL234050B1 publication Critical patent/PL234050B1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania katalizatora z udziałem soli cynku i palladu, osadzanych na nośniku w postaci tlenków cynku i chromu, znajdującego zastosowanie do wytwarzania wodoru w reakcjach reformingu parowego metanolu, a także katalizator wytworzony tym sposobem. Sposób, charakteryzuje się tym, że wysuszony nośnik w postaci tlenków cynku i chromu, miesza się z alkalicznym lub obojętnym roztworem impregnacyjnym, użytym w nadmiarze, w postaci bliskich nasycenia roztworów związków palladu i cynku, za wyjątkiem soli fluorowców, w którym procentowa zawartości jonów palladu wynosi więcej niż 3% wag. w przeliczeniu na jednostkę wagową nośnika, a stężenie molowe jonów cynku w stosunku do stężenia molowego odpowiadającego użytej soli palladu jest większe od 2 do 4 razy, po czym odparowuje się rozpuszczalnik aż do uzyskania wilgotnego katalizatora o stałej postaci. Tak uzyskany katalizator kondycjonuje się, suszy i kalcynuje do uzyskania tlenków palladu i cynku, które dalej poddaje się wstępnej aktywacji gazem o właściwościach redukujących, aż do otrzymania centrów aktywnych w postaci metalicznego palladu lub stopu palladowo-cynkowego. Przedmiotem zgłoszenia jest również katalizator do reformingu parowego metanolu, uzyskiwany sposobem według wynalazku, którego zastosowanie podwyższa konwersję metanolu i zmniejsza tworzenie tlenku węgla w stosunku do katalizatorów znanych ze stanu techniki.The subject of the application is a method for preparing a catalyst involving zinc and palladium salts, deposited on a zinc and chromium oxide support, useful for hydrogen production in methanol steam reforming reactions, as well as a catalyst prepared by this method. The method is characterized in that the dried zinc and chromium oxide support is mixed with an alkaline or neutral impregnation solution, used in excess, in the form of near-saturated solutions of palladium and zinc compounds, excluding halogen salts, in which the percentage of palladium ions is more than 3% by weight per unit weight of the support, and the molar concentration of zinc ions is two to four times greater than the molar concentration of the corresponding palladium salt used, after which the solvent is evaporated until a wet, solid catalyst is obtained. The resulting catalyst is conditioned, dried, and calcined to obtain palladium and zinc oxides, which are then pre-activated with a reducing gas until the active centers are obtained in the form of metallic palladium or a palladium-zinc alloy. The application also concerns a catalyst for steam reforming methanol, obtained by the method of the invention, the use of which increases methanol conversion and reduces carbon monoxide formation compared to catalysts known in the art.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania katalizatora z udziałem soli cynku i palladu, osadzanych na nośniku w postaci tlenków cynku i chromu, którego zastosowanie w reakcjach reformingu parowego metanolu podwyższa konwersję metanolu i zmniejsza tworzenie tlenku węgla w stosunku do katalizatorów znanych ze stanu techniki.The subject of the invention is a method of obtaining a catalyst with the use of zinc and palladium salts, deposited on a support in the form of zinc and chromium oxides, the use of which in methanol steam reforming reactions increases methanol conversion and reduces the formation of carbon monoxide in relation to the catalysts known in the art.

Wodór znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym oraz rafineryjnym. Zapotrzebowanie na wodór pojawia się także w obszarze technologii związków wysoko przetworzonych, np. do reakcji selektywnego uwodornienia. Wodór znajduje także zastosowanie do zasilania ogniw paliwowych produkujących energię elektryczną. Obecnie, do najważniejszych metod produkcji wodoru należą katalityczna konwersja węglowodorów z parą wodną (reforming parowy), głównie gazu ziemnego (metanu) oraz częściowe utlenianie węglowodorów. Do produkcji wodoru w rozproszonych małych stacjonarnych lub mobilnych jednostkach dla zastosowań w ogniwach paliwowych korzystne jest wykorzystanie ciekłych surowców, które mogą być w łatwy sposób magazynowane, transportowane i przetwarzane na miejscu. Atrakcyjnym nośnikiem wodoru o takich właściwościach jest metanol i jego reakcja z wodą - reforming parowy metanolu.Hydrogen is widely used in the chemical and refining industries. The demand for hydrogen also appears in the field of highly processed compounds technology, e.g. for selective hydrogenation reactions. Hydrogen is also used to power fuel cells that produce electricity. Currently, the most important methods of hydrogen production include the catalytic conversion of hydrocarbons with steam (steam reforming), mainly of natural gas (methane) and partial oxidation of hydrocarbons. For the production of hydrogen in dispersed small stationary or mobile units for fuel cell applications, it is advantageous to use liquid feedstocks that can be easily stored, transported and processed on site. An attractive carrier of hydrogen with such properties is methanol and its reaction with water - methanol steam reforming.

CH3OH + H2O 3H2 + CO2CH3OH + H2O 3H2 + CO2

W trakcie takiego procesu mogą przebiegać reakcje uboczne i następcze prowadzące do zmian selektywności i tworzenia tlenku węgla.During such a process, side and secondary reactions may take place, leading to changes in selectivity and formation of carbon monoxide.

CH3OH 2H2 + CO CO H2O θ CO2 + H2CH3OH 2H2 + CO CO H2O θ CO2 + H2

Udział poszczególnych produktów reakcji zależy od typu katalizatora i temperatury reakcji. Do najpowszechniej stosowanych katalizatorów reformingu metanolu z parą wodną należą katalizatory miedziowe z ZnO, będącym podstawowym składnikiem nośnika. W wielu patentach i publikacjach naukowych, jak np. S. Sa, H. Silva, L. Brandao, J.M. Sousa, A, Mendes, Catalysts for methanol steam reforming. A review, Applied Catalysis B: Environmental 99 (2010) 43-57 oraz S.T. Yong, C.W. Ooi, S.P. Chai, X.S. Wu, Review of methanol reform ing-Cu-based catalysts, surface reaction mechanisms, and reaction schemes, International Journal of Hydrogen Energy, (2013) 9541-9552, opisywane są układy modyfikowane za pomocą Al, Zr, La, Ce lub Cr. W większości, układy katalityczne zawierające miedź charakteryzują się wysoką piroforycznością oraz brakiem wystarczającej odporności na częste zmiany cykli pracy układu.The proportion of the individual reaction products depends on the type of catalyst and the reaction temperature. The most commonly used methanol steam reforming catalysts are copper catalysts with ZnO as the basic component of the support. In many patents and scientific publications, e.g. S. Sa, H. Silva, L. Brandao, J.M. Sousa, A, Mendes, Catalysts for methanol steam reforming. A review, Applied Catalysis B: Environmental 99 (2010) 43-57 and S.T. Yong, C.W. Ooi, S.P. Chai, X.S. Wu, Review of methanol reform ing-Cu-based catalysts, surface reaction mechanisms, and reaction schemes, International Journal of Hydrogen Energy, (2013) 9541-9552, systems modified with Al, Zr, La, Ce or Cr are described. For the most part, catalyst systems containing copper are characterized by high pyrophoricity and insufficient resistance to frequent changes in the system's work cycles.

Znaną, np. z publikacji N. Takezawa, N. Iwasa, Steam reforming and dehydrogenation of methanol: Difference in the catalytic functions of copper and group VIII metals, Catalysis Today 36 (1997) 45-56, S. Sa, H. Silva, L. Brandao, J.M. Sousa, A. Mendes, Catalysts for methanol steam reforming. A review, Applied Catalysis B: Environmental 99 (2010) 43-57,Y. Suwa, S. Ito, S. Kameoka, K. Tomishige, K. Kunimori, Comparative study between Zn-Pd/C and Pd/ZnO catalysts for steam reforming of methanol, Applied Catalysis A: General 267 (2004) 9-16 oraz L. Yang, G.D. Lin, H.B. Zhang, Highly efficient Pd-ZnO catalyst doubly promoted by CNTs and SC2O3 for methanol steam reforming, Applied Catalysis A: General 455 (2013), 137-144, drugą grupą katalizatorów reformingu parowego metanolu, są nośnikowe katalizatory platynowe i palladowe na nośnikach zawierających tlenek cynku, w mniejszym stopniu tlenki galu lub indu, mogących zawierać jednocześnie różne modyfikatory takie jak tytan, chrom, molibden, wanad, mangan, nikiel, bizmut, lantan, cer, gadolin, samar. Nie mają one cech piroforycznych oraz wykazują zbliżoną aktywność i selektywność do katalizatorów miedziowych. Opis patentowy JP 57007255 ujawnia katalizatory otrzymane przez dwustopniową impregnację kształtek zawierających tlenki cyrkonu i glinu oraz jeden lub dwa metale lub ich tlenki z grupy Cu, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Pt lub Pd. Z kolei z opisów patentowych US 6413449, US 6936237, znane są katalizatory reformingu alkoholi zawierające aktywne składniki, jak np. stop Pd-Zn osadzone na nośniku ZnO czy innych nośnikach zawierających co najmniej jeden ze składników lub mieszaninę tlenku glinu, tlenku krzemu, krzemianu glinu, tlenku tytanu, tlenku cyrkonu, zeolitu, tlenku lantanu, a także katalizatory palladowe z nośnikiem w postaci tlenku cynku czy też katalizatory z aktywnymi składnikami typu Pd-Ru, stop Pd-Zn, Cu, Pd, Zn, Ru na nośniku AI2O3, ZrO2, na tlenku glinu lub cyrkonu z dodatkiem ceru.Known, e.g. from the publication of N. Takezawa, N. Iwasa, Steam reforming and dehydrogenation of methanol: Difference in the catalytic functions of copper and group VIII metals, Catalysis Today 36 (1997) 45-56, S. Sa, H. Silva , L. Brandao, JM Sousa, A. Mendes, Catalysts for methanol steam reforming. A review, Applied Catalysis B: Environmental 99 (2010) 43-57, Y. Suwa, S. Ito, S. Kameoka, K. Tomishige, K. Kunimori, Comparative study between Zn-Pd / C and Pd / ZnO catalysts for steam reforming of methanol, Applied Catalysis A: General 267 (2004) 9-16 and L. Yang, GD Lin, H.B. Zhang, Highly efficient Pd-ZnO catalyst doubly promoted by CNTs and SC2O3 for methanol steam reforming, Applied Catalysis A: General 455 (2013), 137-144, the second group of methanol steam reforming catalysts, are supported platinum and palladium catalysts on oxide-containing supports zinc, to a lesser extent gallium or indium oxides, which may contain simultaneously various modifiers such as titanium, chromium, molybdenum, vanadium, manganese, nickel, bismuth, lanthanum, cerium, gadolinium, and samarium. They do not have pyrophoric properties and show similar activity and selectivity to copper catalysts. JP 57007255 describes catalysts obtained by two-stage impregnation of moldings containing zirconium and aluminum oxides and one or two metals or their oxides from the group of Cu, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Pt or Pd. In turn, from US 6,413,449, US 6,936,237, catalysts for alcohol reforming containing active ingredients are known, such as, for example, Pd-Zn alloy deposited on a ZnO carrier or other carriers containing at least one of the components or a mixture of aluminum oxide, silicon oxide, aluminum silicate , titanium oxide, zirconium oxide, zeolite, lanthanum oxide, as well as palladium catalysts with a zinc oxide support or catalysts with active ingredients such as Pd-Ru, Pd-Zn, Cu, Pd, Zn, Ru on Al2O3, ZrO2 support , on aluminum oxide or zirconium with added cerium.

W opisie patentowym WO2007019361 wymieniany jest katalizator palladowy do wytwarzania wodoru do ogniw paliwowych w reakcji reformingu parowego metanolu, zawierający pallad w ilości co najmniej 0,05% wag., osadzony na tlenkach lantanowców (Ce, La) i metali przejściowych (Fe, Cr lub Mn).The patent description WO2007019361 mentions a palladium catalyst for the production of hydrogen for fuel cells in the steam reforming reaction of methanol, containing palladium in an amount of at least 0.05% by weight, deposited on lanthanide oxides (Ce, La) and transition metals (Fe, Cr or Me).

Jak ujawniono w opisie patentowym CN101053833, w wysokotemperaturowej reakcji reformingu parowego metanolu (350-450°C), stosowane są katalizatory o małej zawartości procentowej pallaAs disclosed in the patent specification CN101053833, in the high-temperature steam reforming reaction of methanol (350-450 ° C), low percent Pall catalysts are used.

PL 234 050 B1 du (poniżej 0,6%) osadzonego na tlenkach metali z grupy lantanowców (La, Ce, Gd, Sm) oraz tlenkach metali przejściowych takich jak Ti, Cr, Mo, V, Mn, Ni.Dioxide (less than 0.6%) deposited on metal oxides from the lanthanide group (La, Ce, Gd, Sm) and on oxides of transition metals such as Ti, Cr, Mo, V, Mn, Ni.

Grupa opisów patentów japońskich, jak np., JP60137434, JP62250948 czy JP2004284857, ujawnia katalizatory zawierające metale szlachetne jak, Pt, Pd, osadzone na czystym nośniku TiO2 lub pokrytym tlenkami cynku i chromu. Opisywane są też katalizatory zawierające metale z grupy Ni, Co, Fe, Mn, Mo, Cr, metale szlachetne (Pd, Pt lub Rh) oraz metale alkaliczne lub ziem alkalicznych osadzone na odpornych termicznie nośnikach nieorganicznych.The group of Japanese patents, such as e.g. JP60137434, JP62250948 or JP2004284857, disclose catalysts containing noble metals such as Pt, Pd, deposited on a pure TiO2 support or coated with zinc and chromium oxides. Also described are catalysts containing metals from the group Ni, Co, Fe, Mn, Mo, Cr, noble metals (Pd, Pt or Rh) and alkali or alkaline earth metals deposited on thermally resistant inorganic supports.

Z opisów patentowych EP2435182, EP1312413 oraz US6916458 znane są również katalizatory reformingu parowego metanolu oparte na palladzie lub platynie, tworzące stopy z Hf, V, Nb, Ta, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, B, Al, Ga, In, Ti, C, Si, Ge, Sn, Pb oraz zawierające jeden lub kilka promotorów z grupy Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Fe, La, Y, Zr czy też układy Pd-ZnO-Cr zawierające przynajmniej jeden metal z grupy Cr, Ga, Cu, In, Bi, Pt.From patents EP2435182, EP1312413 and US6916458 there are also known palladium or platinum-based methanol steam reforming catalysts, forming alloys with Hf, V, Nb, Ta, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, B, Al, Ga, In, Ti, C, Si, Ge, Sn, Pb and containing one or more promoters from the group Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Fe, La, Y, Zr or Pd-ZnO-Cr systems containing at least one metal from the Cr, Ga, Cu, In, Bi, Pt group.

Znane z opisów patentowych i literatury naukowej katalizatory palladowo-cynkowe otrzymywane są metodą impregnacyjną, poprzez osadzenie rozpuszczalnych związków palladu na nośniku stanowiącym tlenek cynku, ewentualnie modyfikowany innymi metalami. Reakcje reformingu parowego metanolu z użyciem tego typu katalizatorów, przebiegają z selektywnością CO powyżej 2%.Palladium-zinc catalysts known from patents and scientific literature are obtained by the impregnation method by depositing soluble palladium compounds on a zinc oxide carrier, optionally modified with other metals. Methanol steam reforming reactions with the use of this type of catalysts run with a CO selectivity above 2%.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu otrzymywania katalizatora mającego zastosowanie w reakcji reformingu parowego metanolu, który jako produkt otrzymany tym sposobem, umożliwiałby otrzymywanie wodoru z jak największą wydajnością i jednocześnie jak najmniejszą zawartością tlenku węgla.The aim of the invention was to develop a method for the preparation of a catalyst applicable in the steam reforming reaction of methanol, which, as a product obtained in this way, would make it possible to obtain hydrogen in the highest possible yield and at the same time with the lowest possible content of carbon monoxide.

Sposób otrzymywania katalizatora do reformingu parowego metanolu z nośnikiem w postaci tlenków cynku i chromu, o zawartości chromu w granicach 5-17% wag., impregnowanym solami palladu i cynku, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wysuszony nośnik, miesza się w temperaturze 20-40°C przez 2-3 godziny z alkalicznym lub obojętnym roztworem impregnacyjnym, użytym w nadmiarze, w postaci bliskich nasycenia roztworów związków palladu i cynku, za wyjątkiem soli fluorowców, korzystnie, bezwodnych roztworów acetyloacetonianu cynku i acetyloacetonianu palladu rozpuszczonych w acetonie, w którym procentowa zawartości jonów palladu jest większa niż 3% wag. w przeliczeniu na jednostkę wagową nośnika, a stężenie molowe jonów cynku w stosunku do stężenia molowego jonów palladu, odpowiadającego użytej soli palladu, jest większe od 2 do 4 razy, po czym odparowuje się rozpuszczalnik w temperaturze bliskiej jego temperatury wrzenia, z utrzymaniem ciśnienia nad roztworem odpowiedniego do temperatury wrzenia. Tak uzyskany wilgotny katalizator o stałej postaci, kondycjonuje się przez 12-6 godz. w temperaturze 20-35°C, suszy w temperaturze 70-140°C przez 12-6 godzin i kalcynuje do rozkładu użytych do impregnacji związków cynku i palladu z wytworzeniem tlenków tych metali, w czasie 0,5-2 godz. w temperaturze 200-400°C, korzystnie przez 1 godz. w temp. 250°C.The method of obtaining a methanol steam reforming catalyst with a support in the form of zinc and chromium oxides with a chromium content of 5-17% by weight, impregnated with palladium and zinc salts, according to the invention, is characterized in that the dried support is mixed at a temperature of 20- 40 ° C for 2-3 hours with an excess of alkaline or neutral impregnating solution, in the form of near saturation of solutions of palladium and zinc compounds, with the exception of halogen salts, preferably, anhydrous solutions of zinc acetylacetonate and palladium acetylacetonate dissolved in acetone, the percentage of which is the palladium ion content is greater than 3 wt.%. per weight unit of the carrier, and the molar concentration of zinc ions in relation to the molar concentration of palladium ions corresponding to the palladium salt used is greater than 2 to 4 times, then the solvent is evaporated at a temperature close to its boiling point, while maintaining the pressure above the solution suitable for the boiling point. The thus obtained wet, solid catalyst is conditioned for 12-6 hours. at the temperature of 20-35 ° C, dried at the temperature of 70-140 ° C for 12-6 hours and calcined to decompose the zinc and palladium compounds used for impregnation with the formation of oxides of these metals, for 0.5-2 hours. at a temperature of 200-400 ° C, preferably for 1 hour. at 250 ° C.

Otrzymaną tlenkową postać katalizatora poddaje się aktywacji znanym gazem o właściwościach redukujących, np. wodorem lub jego gazową mieszaniną, do utworzenia centrów aktywnych w postaci metalicznego palladu lub stopu palladowo-cynkowego, w czasie od 15 do 0,5 godz., w temp. 200-400°C, korzystnie przez 1 godz. w temp. 350°C.The obtained oxide form of the catalyst is activated with a known gas with reducing properties, e.g. hydrogen or its gaseous mixture, to form active centers in the form of metallic palladium or palladium-zinc alloy for 15 to 0.5 hours at a temperature of 200 -400 ° C, preferably for 1 hour. at 350 ° C.

Wynalazek został przedstawiony w poniższych przykładach wykonania.The invention is illustrated in the following examples.

P r z y k ł a d 1 g suchego nośnika w postaci tlenków cynku i chromu, o zawartości chromu 4,98±0,24% wag., mieszano w temp. 20°C przez 2,5 godz. ze 100 ml roztworu impregnacyjnego, zawierającego 0,1432 g bezwodników acetyloacetonianu palladu oraz 0,2477 g acetyloacetonianu cynku rozpuszczonych w acetonie, po czym rozpuszczalnik odparowano w temperaturze 20°C i ciśnieniu nad roztworem 230 mbar do otrzymania wilgotnego ciała stałego. Wydzielony katalizator kondycjonowano przez 12 godz. w temperaturze 20°C i suszono w temperaturze 140°C przez 6 godzin, a następnie kalcynowano przez 2 godziny, w temperaturze 250°C. Otrzymaną tlenkową postać katalizatora poddano aktywacji wodorem w temp. 400°C, przez 0,5 godz., po czym przebadano jego właściwości fizykochemiczne, jak opisano w przykładzie 4.Example 1 g of a dry carrier in the form of zinc and chromium oxides with a chromium content of 4.98 ± 0.24% by weight was stirred at 20 ° C for 2.5 hours. from 100 ml of an impregnating solution containing 0.1432 g of palladium acetylacetonate anhydrides and 0.2477 g of zinc acetylacetonate dissolved in acetone, then the solvent was evaporated at 20 ° C and a pressure over a solution of 230 mbar to obtain a wet solid. The separated catalyst was conditioned for 12 hours. at 20 ° C and dried at 140 ° C for 6 hours, then calcined for 2 hours at 250 ° C. The obtained oxide form of the catalyst was activated with hydrogen at 400 ° C for 0.5 h, and then its physicochemical properties were tested as described in Example 4.

P r z y k ł a d 2 g suchego nośnika w postaci tlenków cynku i chromu, o zawartości chromu 17,20±0,80% wag., mieszano w temp. 30°C przez 3 godz. ze 100 ml roztworu impregnacyjnego zawierającego 0,1432 g bezwodników acetyloacetonianu palladu oraz 0,3716 g acetyloacetonianu cynku rozpuszczonych w acetonie, po czym rozpuszczalnik odparowano w temp. 56°C i ciśnieniu nad roztworem 1000 mbar do otrzymania wilgotnego ciała stałego. Wydzielony katalizator kondycjonowano przez 6 godz. w temExample 2 g of a dry carrier in the form of zinc and chromium oxides with a chromium content of 17.20 ± 0.80% by weight, was stirred at 30 ° C for 3 hours. from 100 ml of an impregnating solution containing 0.1432 g of palladium acetylacetonate anhydrides and 0.3716 g of zinc acetylacetonate dissolved in acetone, then the solvent was evaporated at 56 ° C and pressure over 1000 mbar solution to obtain a wet solid. The separated catalyst was conditioned for 6 hours. in tem

PL 234 050 Β1 peraturze 35°C i suszono w temperaturze 70°C przez 12 godzin, a następnie kalcynowano przez 0,5 godziny, w temperaturze 400°C. Otrzymaną tlenkową postać katalizatora poddano aktywacji mieszaniną metanolu z parą wodną w temp. 200°C przez 15 godz., po czym przebadano jego właściwości fizykochemiczne, jak opisano w przykładzie 4.PL 234 050 Β1 at 35 ° C and dried at 70 ° C for 12 hours, then calcined for 0.5 hours at 400 ° C. The obtained oxide form of the catalyst was activated with a mixture of methanol and steam at 200 ° C for 15 hours, and then its physicochemical properties were tested as described in Example 4.

Przykład 3 g suchego nośnika w postaci tlenków cynku i chromu, o zawartości chromu 9,13±0,37% wag., mieszano w temp. 40°C przez 2 godz. ze 100 ml roztworu impregnacyjnego zawierającego 0,1432 g bezwodników acetyloacetonianu palladu oraz 0,4955 g acetyloacetonianu cynku rozpuszczonych w acetonie, po czym rozpuszczalnik odparowano w temperaturze 40°C i ciśnieniu nad roztworem 540 mbar do otrzymania wilgotnego ciała stałego. Wydzielony katalizator kondycjonowano przez 12 godz. w temperaturze 20°C i suszono w temperaturze 110°C przez 12 godzin, a następnie kalcynowano przez 1 godzinę, w temperaturze 250°C. Otrzymaną tlenkową postać katalizatora poddano aktywacji wodorem w temp. 350°C, przez 1 godz., po czym przebadano jego właściwości fizykochemiczne, jak opisano w przykładzie 4.Example 3 g of a dry carrier in the form of zinc and chromium oxides, with a chromium content of 9.13 ± 0.37% by weight, was mixed at 40 ° C for 2 hours. from 100 ml of an impregnating solution containing 0.1432 g of palladium acetylacetonate anhydrides and 0.4955 g of zinc acetylacetonate dissolved in acetone, then the solvent was evaporated at 40 ° C and a pressure over a solution of 540 mbar to obtain a wet solid. The separated catalyst was conditioned for 12 hours. at 20 ° C and dried at 110 ° C for 12 hours, then calcined for 1 hour at 250 ° C. The obtained oxide form of the catalyst was activated with hydrogen at 350 ° C for 1 hour, and then its physicochemical properties were tested as described in Example 4.

Przykład 4Example 4

Katalizatory otrzymane sposobami według wynalazku przebadano i porównano ich właściwości fizykochemiczne z katalizatorami znanymi ze stanu techniki. Poszczególne numery katalizatorów odpowiadają różnej zawartości Cr w nośniku katalizatora, określonej metodą fluorescencji promieniowania rentgenowskiego XRF, za pomocą spektrometru AxiosmAX (PANalytical). Wielkość krystalitów fazy aktywnej przebadano metodą chemisorpcji wodoru w 110°C w analizatorze ASAP 2020HD (Micromeritics).The catalysts obtained by the methods according to the invention were tested and their physicochemical properties were compared with the catalysts known in the art. The individual catalyst numbers correspond to the different Cr content in the catalyst support, determined by XRF fluorescence using an Axios mAX spectrometer (PANalytical). The crystallite size of the active phase was tested by hydrogen chemisorption at 110 ° C in the ASAP 2020HD analyzer (Micromeritics).

Wyniki przedstawiono w tabeli 1 i 2.The results are shown in Tables 1 and 2.

Tabela 1Table 1

Charakterystyka katalizatorów według wynalazku impregnowanych bezwodnymi roztworami acetyloacetonianu palladu i acetyloacetonianu cynku, w których zawartości jonów palladu jest 5% wag. a stosunek jonów cynku do palladu jest jak 3:1.Characteristics of the catalysts according to the invention impregnated with anhydrous solutions of palladium acetylacetonate and zinc acetylacetonate, in which the content of palladium ions is 5 wt.%. and the ratio of zinc ions to palladium is 3: 1.

Katalizator Catalyst Zawartość chromu, (nośnik) % wag. Chromium content, (carrier)% wt. Zawartość palladu (centra aktywne) % wag. Palladium content (active centers) wt.% Wielkość krystalitów fazy aktywnej (nm) Crystallite size of the active phase (nm) 1 1 4,9810,24 4.9810.24 4,7410,14 4.7410.14 6,63 6.63 2 2 9,1310,37 9.1310.37 4,8410,14 4.8410.14 5,75 5.75 3 3 10.90-0,44 10.90-0.44 4,7210,14 4.7210.14 6,22 6.22 4 4 17,2010,80 17,2010.80 4,8710,15 4.8710.15 5,22 5.22

Tabela 2Table 2

Charakterystyka katalizatorów znanych ze stanu techniki, impregnowanych tylko bezwodnym roztworem acetyloacetonianu palladu, w którym zawartość jonów palladu jest 5% wag.Characteristics of prior art catalysts impregnated only with anhydrous palladium acetylacetonate solution, in which the palladium ion content is 5 wt.%.

Katalizator Catalyst Zawartość chromu, (nośnik) % wag. Chromium content, (carrier)% wt. Zawartość palladu (centra aktywne) % wag. Palladium content (active centers) wt.% Wielkość krystalitów fazy aktywnej (nm) Crystallite size of the active phase (nm) 1 1 4,98±0,24 4.98 ± 0.24 4,6610,14 4.6610.14 4,22 4.22 2 2 9,1310,37 9.1310.37 4,7310,14 4.7310.14 4,65 4.65 3 3 10,90±0,44 10.90 ± 0.44 4,62±0,14 4.62 ± 0.14 4,09 4.09 4 4 17,2010,80 17,2010.80 4,9010,15 4.9010.15 4,41 4.41

Dane w tabelach 1 i 2 pokazują, że katalizatory otrzymane wg wynalazku posiadają większe krystality fazy aktywnej zawierającej centra aktywne, co ma istotny wpływ na korzystniejsze efekty procesu reformingu parowego metanolu, jak wykazano w poniższym przykładzie 5.The data in Tables 1 and 2 show that the catalysts obtained according to the invention have larger crystallites of the active phase containing active centers, which has a significant influence on the more favorable effects of the methanol steam reforming process, as demonstrated in the example 5 below.

PL 234 050 Β1PL 234 050 Β1

Przykład 5Example 5

Wpływ katalizatorów wg wynalazku na konwersję metanolu i selektywność reakcji reformingu parowego metanolu.Influence of catalysts according to the invention on methanol conversion and selectivity of methanol steam reforming reaction.

Reakcję reformingu parowego metanolu przeprowadzano w obecności katalizatorów otrzymanych wg wynalazku oraz katalizatorów znanych ze stanu techniki - impregnowanych tylko związkiem palladu, w przepływowym referencyjnym systemie reaktorowym Microactivity Reference (PID ENG&TECH). W reaktorze ze stałym złożem 0,1 g katalizatora pod ciśnieniem atmosferycznym, umieszczono katalizatory w postaci ziaren o wielkości 0,15-0,3 mm, wstępnie aktywowane w strumieniu wodoru w temperaturze 350°C przez 1 godz. Strumień par metanolu i wody, wytwarzany przez odparowanie roztworu dozowanego za pomocą pompy HPLC, mieszano ze strumieniem azotu. Szybkość przepływu mieszaniny par metanol+woda w stosunku molowym CH3OH/H2O = 1/1,5, wynosiła 50 cm3/min, zaś szybkość przepływu azotu - 50 cm3/min. Obciążenie katalizatora mieszaniną par metanolu i wody wynosiło 30 L/godz. giot., a obciążenie katalizatora mieszaniną obu par i azotu wynosiło 60 L/godz. giot. Produkty reformingu parowego metanolu analizowano on-line za pomocą systemu chromatografów gazowych Varian GC-450 oraz Miero GC CP-4900, wyposażonych w detektory TCD.The methanol steam reforming reaction was carried out in the presence of catalysts obtained according to the invention and prior art catalysts - impregnated only with a palladium compound, in a Microactivity Reference (PID ENG & TECH) reference reactor system. In a fixed bed reactor of 0.1 g of catalyst at atmospheric pressure, the catalysts were placed in the form of grains with a size of 0.15-0.3 mm, pre-activated in a hydrogen stream at 350 ° C for 1 hour. A stream of methanol and water vapor, produced by evaporating the metering solution with an HPLC pump, was stirred with a stream of nitrogen. The flow rate of the methanol + water vapor mixture in the molar ratio CH3OH / H2O = 1 / 1.5 was 50 cm 3 / min, and the nitrogen flow rate was 50 cm 3 / min. The loading of the catalyst with a mixture of methanol vapors and water was 30 L / h. giot., and the catalyst loading with a mixture of both vapors and nitrogen was 60 L / h. git. Methanol steam reforming products were analyzed on-line using a Varian GC-450 and Miero GC CP-4900 gas chromatograph system equipped with TCD detectors.

W tabelach 3-6 przedstawiono w % stopień konwersji metanolu i selektywność do wodoru i tlenków węgla, w reakcjach z zastosowaniem poszczególnych katalizatorów.Tables 3-6 show the% conversion of methanol and the selectivity to hydrogen and carbon oxides in the reactions using the individual catalysts.

Tabela 3Table 3

Efekty reformingu parowego metanolu w temperaturze 220°C na katalizatorach otrzymanych wg wynalazku przez impregnację nośnika w postaci tlenków cynku i chromu o zawartości Cr w nośniku jak w tabeli 1, roztworem zawierającym cynk i pallad w stosunku molowym jonów Zn/Pd 3:1.The effects of methanol steam reforming at the temperature of 220 ° C on the catalysts obtained according to the invention by impregnating the support in the form of zinc and chromium oxides with the content of Cr in the support as in Table 1 with a solution containing zinc and palladium in a Zn / Pd ratio of 3: 1.

Γ Katalizator Γ Catalyst Konwersja metanolu (Χμλη) i selektywność (S), w % Methanol conversion (Χμλη) and selectivity (S), in% Xweon Xweon Sh2 Sh2 Sc02 Sc02 Sco Sco 1 1 14,16 14.16 99,52 99.52 98,56 98.56 1,44 1.44 2 2 11,48 11.48 99,62 99.62 98,86 98.86 1.14 1.14 3 3 12,51 12.51 99,64 99.64 98,93 98.93 1,07 1.07 4 4 11,82 11.82 99,72 99.72 99,15 99.15 0,85 0.85

Tabela 4Table 4

Efekty reformingu parowego metanolu w temperaturze 220°C z udziałem znanych katalizatorów na nośniku w postaci tlenków cynku i chromu o zawartości Cr jak w tabeli 2, impregnowanych tylko związkiem palladu.The effects of methanol steam reforming at a temperature of 220 ° C with the participation of known supported catalysts in the form of zinc and chromium oxides with Cr content as in Table 2, impregnated only with a palladium compound.

Katalizator Catalyst Konwersja metanolu (Xm=oh) i selektywność (S), w % Methanol conversion (Xm = oh) and selectivity (S), in% XMeOH XMeOH ScO2 ScO2 Sco Sco 1 1 13,65 13.65 99,17 99.17 97,52 97.52 2,48 2.48 2 2 10,66 10.66 99,32 99.32 97,95 97.95 2,05 2.05 3 3 12,85 12.85 99,33 99.33 97,99 97.99 2,01 2.01 4 4 9,76 9.76 99,53 99.53 98,58 98.58 1,42 1.42

Dane w tabelach 3 i 4 pokazują, że katalizatory otrzymane wg wynalazku mają istotny wpływ na korzystniejsze efekty procesu reformingu parowego metanolu, a w szczególności, na zmniejszenie selektywności tworzenia tlenku węgla i jego mniejszą zawartość w wytwarzanym gazie zawierającym wodór, w porównaniu z efektami procesu reformingu parowego metanolu, z użyciem znanych katalizatorów, otrzymywanych przez impregnację takiego samego nośnika jedynie roztworem związku palladu.The data in Tables 3 and 4 show that the catalysts obtained according to the invention have a significant impact on the more favorable effects of the methanol steam reforming process, and in particular, on the reduction of the selectivity of carbon monoxide formation and its lower content in the produced hydrogen-containing gas, compared to the effects of the steam reforming process. methanol, using known catalysts, obtained by impregnating the same support only with a solution of a palladium compound.

PL 234 050 Β1PL 234 050 Β1

Tabela 5 Efekty reformingu parowego metanolu w temperaturze 220°C na katalizatorach według wynalazku, otrzymanych przez impregnację nośnika w postaci tlenków cynku i chromu (9,13% wag. chromu) roztworem zawierającym cynk i pallad w różnym stosunku molowym Zn/Pd.Table 5 Effects of methanol steam reforming at 220 ° C on catalysts according to the invention, obtained by impregnating a support in the form of zinc and chromium oxides (9.13% by weight of chromium) with a solution containing zinc and palladium at various molar Zn / Pd ratios.

Stosunek molowy Zn/Pd w r-rze użytym do impregnacji Zn / Pd molar ratio in the rr used for impregnation Konwersja metanolu (Χμ«οη) i selektywność (S), w % Methanol conversion (Χμ «οη) and selectivity (S), in% Xm«oh Xm «oh s»2 s »2 $CO2 $ CO2 Sco Sco 1:1 1: 1 9,76 9.76 98,33 98.33 97,45 97.45 2.55 2.55 2:1 2: 1 10,22 10.22 99.67 99.67 98,78 98.78 1,22 1.22 3:1 3: 1 11,48 11.48 99,62 99.62 98.86 98.86 1,14 1.14 4:1 4: 1 11,02 11.02 99,72 99.72 98,90 98.90 1,10 1.10 5:1 5: 1 8,54 8.54 99,59 99.59 98,78 98.78 1.22 1.22

Wyniki przedstawione w tabeli 5, wskazują, iż większe wielkości konwersji metanolu z jednoczesnym zmniejszeniem selektywności tworzenia się niekorzystnego tlenku węgla, osiągane są w przypadku gdy proporcja molowa Zn/Pd w roztworze użytym do impregnacji nośnika jest u granicach 2 do 4.The results presented in Table 5 show that higher methanol conversion rates with a simultaneous reduction in the selectivity of the formation of unfavorable carbon monoxide are achieved when the Zn / Pd molar ratio in the solution used to impregnate the carrier is between 2 and 4.

Tabela 6Table 6

Efekty reformingu parowego metanolu w temperaturze 220° na katalizatorach według wynalazku, z różną zawartością palladu i cynku, przy zachowaniu stosunku Zn/Pd jak 3:1, na nośniku postaci tlenków cynku i chromu (17,20% wag. chromu).The effects of methanol steam reforming at 220 ° C on the catalysts according to the invention, with different contents of palladium and zinc, while maintaining the Zn / Pd ratio of 3: 1, on a support in the form of zinc and chromium oxides (17.20% by weight of chromium).

Katalizator z zawartością palladu, % wag. Palladium catalyst, wt.% Konwersja metanolu (Xmcoh) i selektywność (S), % Methanol conversion (Xmcoh) and selectivity (S),% Xmcoh Xmcoh Sh2 Sh2 ScO2 ScO2 Sco Sco 1,41 ±0,08 1.41 ± 0.08 6,22 6.22 98,00 98.00 93,99 93.99 6,01 6.01 2.95±0,09 2.95 ± 0.09 8,50 8.50 98.08 98.08 94,24 94.24 5.76 5.76 4,87±0,15 4.87 ± 0.15 11,82 11.82 99,72 99.72 99,15 99.15 0,85 0.85 7,88±0,22 7.88 ± 0.22 12,18 12.18 99,65 99.65 99,50 99.50 0,77 0.77

Wyniki przedstawione w tabeli 6, dowodzą, iż większa niż 3% wag, zawartość palladu w katalizatorze według wynalazku, korzystnie zwiększa konwersję metanolu oraz korzystnie konwersję zmniejsza selektywność tworzenia się tlenku węgla.The results, presented in Table 6, prove that the palladium content of the catalyst according to the invention greater than 3 wt.% Advantageously increases the methanol conversion and preferably the conversion reduces the selectivity of carbon monoxide formation.

PL 234 050 B1PL 234 050 B1

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób otrzymywania katalizatora do reformingu parowego metanolu z nośnikiem w postaci tlenków cynku i chromu, o zawartości chromu w granicach 5-17%, z udziałem soli palladu i cynku znamienny tym, że wysuszony nośnik miesza się w temperaturze 20-40°C przez 2-3 godziny z alkalicznym lub obojętnym roztworem impregnacyjnym, użytym w nadmiarze, w postaci bliskich nasycenia roztworów związków palladu i cynku, za wyjątkiem soli fluorowców, w którym procentowa zawartości jonów palladu jest większa niż 3% wag., w przeliczeniu na jednostkę wagową nośnika, a stężenie molowe jonów cynku w stosunku do stężenia molowego odpowiadającego użytej soli palladu jest większe od 2 do 4 razy, następnie odparowuje się rozpuszczalnik w temperaturze bliskiej jego temperatury wrzenia, z utrzymaniem ciśnienia nad roztworem odpowiedniego do temperatury wrzenia, a uzyskany wilgotny katalizator o stałej postaci, kondycjonuje się przez 12-6 godz. w temperaturze 20-35°C, suszy w temperaturze 70-140°C przez 12-6 godzin i kalcynuje w czasie i temperaturze wymaganej do rozkładu użytych do impregnacji związków cynku i palladu, aż do wytworzenia tlenków tych metali, po czym otrzymaną tlenkową postać katalizatora poddaje się wstępnej aktywacji z użyciem znanych gazów o właściwościach redukujących, aż do utworzenia centrów aktywnych w postaci metalicznego palladu lub stopu palladowo-cynkowego.1. The method of obtaining a methanol steam reforming catalyst with a support in the form of zinc and chromium oxides with a chromium content of 5-17%, with the participation of palladium and zinc salts, characterized in that the dried support is mixed at a temperature of 20-40 ° C for 2-3 hours with alkaline or neutral impregnating solution, used in excess, in the form of near saturation of solutions of palladium and zinc compounds, except for halogen salts, in which the percentage of palladium ions is greater than 3% by weight, based on the weight unit of the carrier , and the molar concentration of zinc ions in relation to the molar concentration corresponding to the palladium salt used is greater than 2 to 4 times, then the solvent is evaporated at a temperature close to its boiling point, keeping the pressure above the solution appropriate to the boiling point, and the resulting wet catalyst with a constant form, it is conditioned for 12-6 hours. at a temperature of 20-35 ° C, dried at a temperature of 70-140 ° C for 12-6 hours and calcined at the time and temperature required for the decomposition of the zinc and palladium compounds used for impregnation, until the formation of oxides of these metals, and then the obtained oxide form The catalyst is pre-activated with known gases with reducing properties to form active sites in the form of metallic palladium or palladium-zinc alloy. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do impregnacji korzystnie, używa się bezwodnych roztworów acetyloacetonianu cynku, i acetyloacetonianu palladu rozpuszczonych w acetonie.2. The method according to p. The process of claim 1, wherein the impregnation is preferably made of anhydrous solutions of zinc acetylacetonate, and palladium acetylacetonate dissolved in acetone. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kalcynację katalizatora prowadzi się w temperaturze 200-400° i w czasie 0,5-2 godz., korzystnie przez 1 godz. w temp. 250° (a jego aktywację w czasie od 15 do 0,5 godz., w temp. 200-400°, korzystnie w ciągu 1 godz. w temp. 350°C.3. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the calcination of the catalyst is carried out at a temperature of 200-400 ° and during 0.5-2 hours, preferably for 1 hour. at 250 ° C (and its activation within 15 to 0.5 hours, at 200-400 ° C, preferably within 1 hour at 350 ° C.
PL419439A 2016-11-14 2016-11-14 Method for obtaining a catalyst for steam reforming of methanol and the catalyst obtained by this method PL234050B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL419439A PL234050B1 (en) 2016-11-14 2016-11-14 Method for obtaining a catalyst for steam reforming of methanol and the catalyst obtained by this method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL419439A PL234050B1 (en) 2016-11-14 2016-11-14 Method for obtaining a catalyst for steam reforming of methanol and the catalyst obtained by this method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL419439A1 PL419439A1 (en) 2018-05-21
PL234050B1 true PL234050B1 (en) 2020-01-31

Family

ID=62142559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL419439A PL234050B1 (en) 2016-11-14 2016-11-14 Method for obtaining a catalyst for steam reforming of methanol and the catalyst obtained by this method

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL234050B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL419439A1 (en) 2018-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12297108B2 (en) Ammonia decomposition catalyst systems
US11491468B2 (en) Noble metal promoted supported indium oxide catalyst for the hydrogenation of CO2 to methanol and process using said catalyst
Angelici et al. Ex situ and operando studies on the role of copper in Cu-promoted SiO2–MgO catalysts for the Lebedev ethanol-to-butadiene process
Lytkina et al. Influence of the support structure and composition of Ni–Cu-based catalysts on hydrogen production by methanol steam reforming
EP1380341B1 (en) Catalytic process for reforming hydrocarbon using said catalyst
Sánchez-Sánchez et al. Ethanol steam reforming over Ni/MxOy–Al2O3 (M= Ce, La, Zr and Mg) catalysts: influence of support on the hydrogen production
US20080260628A1 (en) Ni-based catalyst for tri-reforming of methane and its catalysis application for the production of syngas
EP2172267B1 (en) Catalyst for decomposing hydrocarbon
US20080219918A1 (en) Catalyst for fuel reforming and method of producing hydrogen using the same
US9174199B2 (en) Methanol steam reforming catalysts
Mathew et al. Survey of heterogeneous catalysts for the CO2 reduction to CO via reverse water gas shift
Cheephat et al. Partial oxidation of methane over monometallic and bimetallic Ni-, Rh-, Re-based catalysts: Effects of Re addition, co-fed reactants and catalyst support
Snytnikov et al. CO-cleanup of hydrogen-rich stream for LT PEM FC feeding: catalysts and their performance in selective CO methanation
US10259709B2 (en) Steam reforming catalyst for hydrocarbon-containing gas, apparatus for producing hydrogen, and method for producing hydrogen
Song et al. Loading clusters composed of nanoparticles on ZrO2 support via a perovskite-type oxide of La0. 95Ce0. 05Co0. 7Cu0. 3O3 for ethanol synthesis from syngas and its structure variation with reaction time
González-Castaño et al. Deep insight into Zr/Fe combination for successful Pt/CeO 2/Al 2 O 3 WGS catalyst doping
US20220387973A1 (en) Multilayer mixed oxide supported catalyst for oxidative coupling of methane
Ma et al. Durable PdNi/Al2O3 catalysts with PdO-NiO and PdO-NiAl2O4 dual interfaces for methane combustion
Shinde et al. Low temperature CO oxidation and water gas shift reaction over Pt/Pd substituted in Fe/TiO2 catalysts
KR20100089316A (en) Water gas shift catalysts and method for producing syngas by water gas shift reaction using the same
Gonzalez Caranton et al. Nanostructured Pd− Cu catalysts supported on Zr− Al and Zr− Ti for synthesis of vinyl acetate
US10538469B2 (en) Method for producing 1-octanol
Dobosz et al. Catalytic activity of cobalt and cerium catalysts supported on calcium hydroxyapatite in ethanol steam reforming
Pan et al. The cooperation effect of Ni and Pt in the hydrogenation of acetic acid
Wang et al. Effect of catalyst properties on selectivity in CO 2 methanation with coupling pathway of RWGS and CO methanation