[發明專利]一種低溫水汽變換反應及其催化劑

有效

• 申請號: 202110444148.4
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113135551B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 周繼承;黃蕓;張彬鈺;黃楚琪
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本發明提供一種低溫水汽變換反應方法及其催化劑。所述方法包括使用CuO/ZnO?ZrO₂復合納米催化劑催化一氧化碳和水蒸汽反應生成二氧化碳和氫氣，反應壓力為常壓，反應溫度為100～300℃；所述CuO/ZnO?ZrO₂復合納米催化劑包括助劑ZrO₂、沉淀于所述助劑ZrO₂上的載體氧化鋅、以及沉淀于所述載體氧化鋅上的活性組分氧化銅，其中氧化銅的含量為10wt％～60wt％，氧化銅和氧化鋅的物質的量之比為0.5～2。本發明提供的水汽變換反應條件溫和，所使用的催化劑具有優異的催化活性和好的穩定性。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種低溫水汽變換反應及其催化劑。

背景技術

能源是人類社會賴以生存和發展的物質基礎。社會經濟的持續發展，使人們對能源的需求與日俱增。傳統的能源儲量有限，而且在燃燒時會釋放有害氣體，不僅污染環境，而且危害人體健康。因此發展清潔、高效、可持續的新型能源已迫在眉睫。氫能被視為最理想的新能源，它來源廣泛，燃燒熱值高，清潔無污染，而且安全性好，可儲能，利用形式也很多，目前以燃料電池技術為基礎的應用比較廣泛。但是，燃料電池在發電過程中所需要的氫氣不能安全存放，因此需要原位生產氫氣。即在原料電池前加一個原料處理器，通過燃料重整制氫作為燃料電池的氫源。然而，重整階段會有大量CO產生，不僅污染環境，而且會使燃料電池中的催化劑中毒失活。因此，有必要降低重整氣中CO的含量，例如通過水汽變換反應(CO+H₂O→CO₂+H2)，它在消除CO的同時也會產生同樣體積的氫氣。另外，水汽變換反應在合成氨、合成甲醇等方面也得到了廣泛的應用。

目前工業上普遍使用的水汽變換催化劑有鐵鉻系高溫變換催化劑(300～450℃)、銅鋅系低溫變換催化劑(190～250℃)，鈷鉬系寬溫耐硫變換催化劑(190～450℃)，也有文獻報道貴金屬催化劑。其中，鐵鉻系高溫變換催化劑低溫活性偏低，鉻是劇毒物質，在生產、使用和處理過程會污染環境、毒害人類的健康。銅鋅系低溫變換催化劑抗熱性和抗硫性差，也限制了其應用范圍。鈷鉬系寬溫耐硫變換催化劑在使用前需要繁瑣的硫化過程，使用中需要保證一定的硫含量和較低的汽氣比，以防止催化劑反硫化。貴金屬催化劑價格昂貴，具有稀缺性，可用性有限。

雖然現在已經研究出很多種水汽變換催化劑，但是制備出低溫活性高、穩定性好、壽命長的催化劑仍然是一個極具挑戰的難題。

發明內容

本發明的目的在于提高一種使用新型催化劑在反應溫和條件下能夠高效催化一氧化碳和水蒸汽的水汽變換反應方法，該方法的反應溫度低、能耗小，且催化劑在使用過程中能長時間保持較高的活性，具有好的穩定性。

為了實現上述目的，本發明提供了一種低溫水汽變換反應方法，所述方法包括使用CuO/ZnO-ZrO₂復合納米催化劑催化一氧化碳和水蒸汽反應生成二氧化碳和氫氣，反應壓力為常壓，反應溫度為100～300℃；所述CuO/ZnO-ZrO₂復合納米催化劑包括助劑ZrO₂、沉淀于所述助劑ZrO₂上的載體氧化鋅、以及沉淀于所述載體氧化鋅上的活性組分氧化銅，其中氧化銅的含量為10wt％～60wt％，氧化銅和氧化鋅的物質的量之比為0.5～2。

在一種具體的實施方式中，所述反應溫度優選為160～200℃，所述氧化銅的含量優選為20wt％～40wt％。

在一種具體的實施方式中，所述CuO/ZnO-ZrO₂復合納米催化劑采用分步沉淀法制備，所述分步沉淀法包括：

(1)將可溶性鋅鹽與水混合均勻后，加入預處理的ZrO₂，超聲溶解，然后在攪拌的條件下緩慢加入堿性溶液，調節pH值為8～11，滴定完成后繼續攪拌10～40min，得到第一混合液；