[发明专利]一种提高铜基催化剂水煤气变换反应活性的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机化工技术领域，是关于一种新颖的提高铜基催化剂活性的方法，具体 涉及铜基水煤气变换催化剂，及其在燃料电池系统中的应用。

背景技术

催化剂在用于某一反应前必须经过适当的处理，才能具有催化活性。例如对于氧化反 应，可能需要将前驱体进行焙烧处理而得到处于氧化态的活性组分；对于加氢反应，活性 组分则是经过还原之后的金属态组分。具体地以用于水煤气变换反应的铜基催化剂而言， 其在用于反应前，通常需要经过以下过程才能得到具有催化活性的催化剂：(一)采用共 沉淀方法得到沉淀前驱体；(二)经过洗涤、烘干后的沉淀前驱体经过焙烧处理转化为相 应的金属氧化物；(三)在还原性气氛下将氧化铜还原为活性金属铜。以上处理过程中的 工艺参数均会影响到催化剂的反应活性。在催化剂元素组成不变的情况下，致力于提高铜 基催化剂活性的努力基本上都是围绕制备过程中工艺参数的优化进行，而除了上述这些操 作过程以外的其他活化方法目前尚未见提出。

发明内容

本发明的目的在于提出一种提高铜基催化剂的水煤气变换反应活性的方法。

本发明突破了传统的认为铜基催化剂的活化过程在还原处理后即完成的观念，创造性 地提出了一种经济环保、并可在温和的在线条件下进行活化操作的方法。这种方法可以进 一步增加参与反应的催化活性位，从而达到活化催化剂而提高活性的目的，并且不会明显 改变原有催化剂的结构性能，具有很高的应用价值。

本发明的提出的这种提高铜基催化剂活性的方法可以在对环境友好的含水气氛下，通 过对催化剂床层温度的调变，达到活化催化剂的目的。这种方法更为详细的实施过程可以 描述为催化剂经过还原操作后，或者催化剂经过还原操作并反应一段时间后(如40～80分 钟)，在含水的活化气氛下，将催化剂床层的温度降低至100℃以下，处理一段时间(如 40～80分钟)，具体的处理的时间由处理时的温度、处理气氛的水含量以及处理气氛的流 速确定；然后升高催化剂床层的温度至100℃以上，即可实现对催化剂的活化过程。这样 的活化操作可以进行多次，例如1～6次。

本发明中的铜基催化剂主要是以Cu为活性组分，以氧化镁和氧化铝复合氧化物为分散 载体的催化剂，载体中还可以添加氧化锌、氧化铈等，主要用于水煤气变换反应。

本发明中，所用的活化气氛为由CO、CO₂、H₂、N₂、Ar等气体中的一种或几种和H₂O 组成含水混合气体，水含量为24～30％，混合气体的流速为20000～40000h^-1。

这种新颖的提高铜基催化剂活性的方法通过催化剂在水煤气变换反应中的活性变化 来进一步加以具体阐释。催化剂的活性以CO转化率表示，CO转化率越高，催化剂活性 越高，即表明活化效果越好。

具体实施方式

催化剂制备实施例1～4：

将6克Cu(NO₃)₂·3H₂O、4.4克Zn(NO₃)₂·6H₂O、28克Al(NO₃)₃·9H₂O和19克Mg(NO₃)₂·6H₂O 溶于水配成金属离子的混合溶液，22克Na₂CO₃溶于水得到沉淀剂溶液。60℃水浴、搅拌， 同时滴加金属离子和沉淀剂溶液使两者混合到一起共沉淀。滴加结束，陈化2小时。由此 得到的沉淀还需要洗涤以除去杂质离子，在120℃过夜烘干，然后分别在450、500、600和 700℃下焙烧4小时，即可分别得到催化剂实施例1～4。

催化剂制备实施例5：