[發明專利]一種以活性炭為催化劑催化甲烷裂解制氫的方法有效

申請號：	202010548015.7	申請日：	2020-06-16
公開（公告）號：	CN111689467B	公開（公告）日：	2022-02-15
發明（設計）人：	劉方;宣國會;楊麗	申請（專利權）人：	中國礦業大學
主分類號：	C01B3/26	分類號：	C01B3/26;C01B32/05;C01B32/162;D01F9/127
代理公司：	南京經緯專利商標代理有限公司 32200	代理人：	周敏
地址：	221116 ***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種活性炭催化劑催化甲烷裂解方法
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【說明書】：

本發明公開了一種以活性炭為催化劑催化甲烷裂解制氫的方法，所述方法采用氣固相催化反應固定床反應器，以甲烷為原料，添加微量硫化氫，以活性炭為催化劑，于900?950℃、常壓下反應，得到產物氫氣和碳，其中硫化氫的濃度為100ppm?300ppm。本發明在甲烷原料氣中添加微量硫化氫，提高了活性炭催化甲烷裂解制氫的活性，延長了活性炭催化劑的失活時間，對提升活性炭催化甲烷裂解制氫的轉化效率具有重要的工業應用價值。

技術領域

本發明涉及甲烷裂解制氫技術領域，具體涉及一種以活性炭為催化劑催化甲烷裂解制氫的方法。

背景技術

甲烷直接裂解制氫是一種清潔的制氫工藝，甲烷經高溫分解成氫和碳，該過程不產生CO₂，是連接化石燃料和可再生能源的過渡工藝。甲烷裂解反應是吸熱反應，生成氫氣所要消耗的能量為37.8kJ/mol，甲烷分子中C-H非常穩定，非催化甲烷裂解反應在1000℃以下的裂解速率非常低，而催化裂解時可大大降低反應溫度，提高氫產率。

目前甲烷裂解制氫的研究重點主要集中在研制高效易得、價格低廉、穩定性強的催化劑方面。金屬催化劑催化活性較高，穩定性較好，但金屬催化劑在催化過程中會形成碳納米管(CNTs或CNFs)，這些碳管將具有催化活性的金屬顆粒從載體表面推離開，再生過程通常使用蒸汽去除積碳，這將導致金屬顆粒脫落，催化劑結構被破壞，因此金屬催化劑很難再生。而碳基催化劑在催化甲烷裂解過程中無金屬炭化物生成，使用高溫蒸汽可去除表面生成的積碳，實現催化劑再生；且炭材料催化劑價格低廉，原料來源廣，耐高溫，抗硫及其它有毒雜質。活性炭催化劑是最常見的碳基催化劑之一，其初始催化活性高，但失活迅速，失活后催化效率低，影響其推廣使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種以活性炭為催化劑催化甲烷裂解制氫的方法，能延緩活性炭催化劑的失活進程，提高催化效率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種以活性炭為催化劑催化甲烷裂解制氫的方法，所述方法采用氣固相催化反應固定床反應器，以甲烷為原料，添加微量硫化氫，以活性炭為催化劑，于900-950℃、常壓下反應，得到產物氫氣和碳，其中硫化氫的濃度為100ppm-300ppm。

優選的，所述甲烷催化裂解制氫中甲烷空速為20ml/min·g。

優選的，所述硫化氫的濃度為200ppm。

優選的，所述活性炭為椰殼活性炭，粒徑為8-16目。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1.本發明在原料氣中添加ppm級的微量硫化氫氣體，提高了活性炭催化甲烷裂解制氫的活性，延長了活性炭催化劑的失活時間，對提升活性炭催化甲烷裂解制氫的轉化效率具有重要的工業應用價值；

2.本發明采用活性炭作為催化劑，廉價易得，生產成本低，經濟性高，且反應生成的積碳不需要再分離，可以直接作為炭材料的前驅體，實現催化劑的回收再利用。

附圖說明

圖1為實施例1-3和對比例1在900℃催化甲烷裂解制氫轉化率曲線圖；

圖2為實施例4-6和對比例2在950℃催化甲烷裂解制氫轉化率曲線圖；