[發明專利]一種以炭材料為催化劑制備氫氣和纖維碳的方法

有效

• 申請號: 201710150860.7
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN106865498B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 靳立軍;胡浩權;王焦飛;李揚
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C01B3/26
• 分類號: C01B3/26;D01F9/127
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李娜;李馨

本發明涉及一種以炭材料為催化劑制備氫氣和纖維碳的方法，屬于催化劑技術領域。一種以炭材料為催化劑制備氫氣和纖維碳的方法，其特征在于：所述方法以含有甲烷和氫氣的混合氣為原料，以炭材料為催化劑，于600～1200℃、常壓下反應，其中，氫氣占混合氣總流量的1％～90％。該方法有效地改善了炭材料催化甲烷裂解制氫的穩定性，并且得到纖維狀積碳，對炭催化甲烷裂解制氫工業應用及提升炭材料和甲烷裂解生成積碳的經濟效益等具有重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種以炭材料為催化劑制備氫氣和纖維碳的方法，屬于催化劑技術領域。

背景技術

隨著燃料電池的發展和應用，制備不含CO₂或者CO的高純氫氣成為一大需求。催化甲烷裂解制取高氫氣因其過程簡單、產物只有氫氣和固態碳兩種而易于分離等優點，具有廣闊的前景。

與金屬催化劑相比，炭材料催化劑雖然所需反應溫度較高，但具有原料來源廣、價格低廉、抗硫等有害雜質及耐高溫等諸多優勢，因而在甲烷催化裂解制氫過程中受到廣泛關注。炭材料催化劑具有較高的初始活性，但穩定性相對較差，而且裂解生成的碳通常為無定型碳，一定程度上制約其應用。

發明內容

基于上述理論和認識，本發明提供了一種既提高炭催化甲烷裂解制氫催化劑的穩定性、又富產纖維碳的新方法。

一種以炭材料為催化劑制備氫氣和纖維碳的方法，所述方法以含有甲烷與氫氣的混合氣為原料，以炭材料為催化劑，于600～1200℃、常壓下反應，

其中，氫氣占混合氣總流量的1％～90％。

上述技術方案是以含甲烷與氫氣的混合氣為原料，以炭材料為催化劑，于600～1200℃常壓下反應，獲得產物為氫氣和纖維碳。

上述技術方案中，所述混合氣為含有氫氣和甲烷的混合氣，其可為僅由氫氣和甲烷組成的混合氣，且優選所述混合氣為由氫氣和甲烷組成的混合氣。所述混合氣也可為由氫氣、甲烷和氮氣組成的混合氣，其中氮氣作為內標物，用于計算轉化率。

上述技術方案中，優選所述氫氣占混合氣總流量的5％～50％；進一步地，優選為10％～40％；更進一步地，最優選為20％～30％。

上述技術方案中，優選所述混合氣的空速為1～100L/(h·g_cat)；進一步優選為10～40L/(h·g_cat)。

上述技術方案中，優選所述反應的反應溫度為800～1000℃。

上述技術方案中，優選所述炭材料催化劑的碳源為煤、直接液化殘渣、半焦、椰殼、瀝青、果殼、石油焦、木質素中的一種或者幾種。

進一步地，優選所述炭材料催化劑按下述方法制得：將碳源取活化劑質量的1/5～1/1與活化劑機械混合，然后經750℃～950℃活化0.5h～4h后，依次進行酸洗、抽濾、洗滌、干燥后制得活性炭催化劑。

上述技術方案中，所述活化劑優選為KOH。

本發明所述以炭材料為催化劑制備氫氣和纖維碳的方法所述方法可在現有技術中公開的適用于以固體為催化劑，氣體為反應原料的任何反應器中進行，優選于固定床反應器中進行。

本發明的有益效果為：在固定床反應器上，通過對甲烷進料氣中氫氣含量的控制，在炭材料催化劑上進行甲烷催化裂解制氫，提高催化劑的穩定性，同時使甲烷裂解生成的碳為纖維狀積碳。該方法有效地改善了炭材料催化甲烷裂解制氫的穩定性，并且得到纖維狀積碳，對炭催化甲烷裂解制氫工業應用及提升炭材料和甲烷裂解生成積碳的經濟效益等具有重要的應用價值。

附圖說明

圖1a為實施例1中活性炭催化劑SM-AC的掃描電鏡照片；