[發明專利]一種強化二氧化碳催化加氫反應的方法

有效

• 申請號: 201910634443.9
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110368945B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 閆存極;竇立廣;李鑫;張東;張京業;肖立業
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;C07C1/12;C07C9/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李亞南

本發明公開了一種強化二氧化碳催化加氫反應的方法。所述方法主要包括如下步驟：在多孔導電骨架上負載具有催化CO₂加氫能力的活性成分而制備成結構化催化劑；所述結構化催化劑被接入電路而可以導通電流；將所述結構化催化劑置于含有CO₂和氫氣的原料氣體中，并打開電源對所述電路施加電流，所述電流在所述結構催化劑上產生的焦耳熱可將所述結構催化劑加熱到可以進行CO₂加氫反應的溫度，CO₂和氫氣在所述結構化催化劑上進行反應。通過對導電骨架的結構化催化劑施加電流實現電內加熱，使催化劑受熱更為均勻，從而提高了催化劑的活性和抗硫中毒能力，使CO₂轉化性能的明顯提高。

技術領域

本發明涉及氣固多相催化領域，具體涉及一種強化二氧化碳催化加氫反應的方法。

背景技術

傳統化石能源的過度開發和使用造成二氧化碳(CO₂)的大量排放，產生了嚴重的環境和生態問題。對CO₂進行回收、資源化利用是減少排放的有力手段。借助電能分解水制備的氫氣可以將CO₂轉化為有用的燃料和化學品(甲烷、甲醇等)，可以實現對CO₂的排放量控制，為緩解溫室效應和氫能的大規模存儲提供了有效技術方案。

CO₂分子是化學性質最穩定的分子之一，其加氫反應需要克服高反應能壘。一般通過使用催化劑降低其反應能壘，實現低能耗轉化。此外，克服反應能壘需要外界能量的注入，該反應需在較高溫度(200℃以上)下進行。目前，實驗室主要通過將裝有催化劑的反應器包裹在加熱爐內實現對催化反應的供熱；而工業中一般先將反應氣體預熱到一定溫度后再通入固定床反應器，使催化劑逐漸升高到反應溫度，反應過程中再通過流動冷卻介質換熱等方式維持反應溫度穩定。

上述兩種方式下催化反應所需熱量均來自催化劑外部，溫度控制受限于熱傳導過程和傳質過程，不但升溫速率慢、熱能損失大，而且還易于在催化劑床層內部形成局部冷點或熱點，造成催化劑活性降低甚至失活。此外，原料氣中常難以避免混有含硫化合物等雜質成分而易使催化劑面臨中毒失活。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于如何在不受傳統熱傳導和傳質過程限制的條件下靈活有效控制催化劑溫度，繼而影響催化劑活性和抗硫中毒能力，從而提供一種強化二氧化碳催化加氫反應的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

本發明所提供的一種強化二氧化碳催化加氫反應的方法，包括如下步驟：

在多孔導電骨架上負載具有催化CO₂加氫能力的活性成分而制備成結構化催化劑；

所述結構化催化劑被接入電路而可以導通電流；

將所述結構化催化劑置于含有CO₂和氫氣的原料氣體中，并打開電源對所述電路施加電流，所述電流在所述結構催化劑上產生的焦耳熱可將所述結構催化劑加熱到可以進行CO₂加氫反應的溫度，CO₂和氫氣在所述結構化催化劑上進行反應。

進一步地，所述多孔導電骨架的材料選用金屬、碳材料和半導體中的至少一種；

所述多孔導電骨架的結構形式采用泡沫結構、蜂窩結構或纖維結構的至少一種；

所述活性成分為金屬鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、銅(Cu)、銠(Rh)、釕(Ru)、鈀(Pd)、鋅(Zn)中的至少一種。

進一步地，所述反應的反應溫度為200-350℃。

進一步地，所述結構化催化劑中活性成分的負載量為0.01-30wt％。