[发明专利]一种用于天然气直裂解制备H2

权利要求书

1.一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂，其特征在于，包括活性组分，载体，基体，助催化组分和促进剂，以质量百分数计，所述活性组分包括镍10～20％、钴20～30％和铁5～15％，助催化组分为镧1～5％，促进剂为钾1～5％，其余量为载体和基体。

2.根据权利要求1所述的一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂，其特征在于，所述载体为碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂，其特征在于，所述基体为三氧化二铝。

4.一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将经过预处理的载体加入无水乙醇溶液中，加热搅拌形成浆状后，加入硝酸镍、硝酸钴和硝酸铁的混合溶液，硝酸镧与硝酸钾混合溶液，以及乙醇溶液，再加入氨水调节混合溶液pH至大于10为止，然后进行加热搅拌，再次形成浆状物或沉淀物，涂覆到Al₂O₃基体上后进行超声与干燥1～4小时，然后研磨成粉，焙烧6～10小时形成权利要求1～3任一项所述的催化剂。

5.根据权利要求4所述的一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂的制备方法，其特征在于，焙烧是在600～700℃及氮气流动下焙烧6～10小时，焙烧升温速度控制在100～140℃/h或100～140℃/2h或前述的两种升温速度间隔组合进行控制。

6.根据权利要求4所述的一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂的制备方法，其特征在于，载体的预处理是指将10～20nm的CNTs加入硝酸溶液中，加热搅拌并共沸回流4～8小时，冷却至环境温度，真空过滤，用去离子水洗涤至中性，将所得滤饼经120℃干燥1～2小时，研磨成10～20nm粉末，进行焙烧冷却后形成CNTs载体。

7.根据权利要求6所述的一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂的制备方法，其特征在于，所述硝酸溶液为质量浓度10～30％的硝酸和质量浓度50～70％的硝酸混合溶液。

8.根据权利要求1～3任一项所述的一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂或者根据权利要求4～7任一项制备方法制得的催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂装填于甲烷催化热裂解反应器中，适用的甲烷催化热裂解反应温度为450～700℃，反应压力为1.2～3.8MPa，进料气的工业化规模为50～50000Nm³/h。

9.根据权利要求8所述的一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂装填的甲烷催化热裂解反应器是蜂窝式固定床层反应器，催化剂涂覆在蜂窝式固定床中的通道表面。

10.根据权利要求8所述的一种用于天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂在甲烷催化热裂解反应器中进行甲烷催化热裂解反应得到的气相产物为富氢气，富氢气经过热交换冷却后，进入多级旋风分离器脱除少量的固体后，再进入提氢系统；所得到的固相产物为生长于催化剂表面层上的CNTs固体颗粒，采用热的惰性气体作为吹扫气将CNTs固体颗粒直接吹扫下来，经过溶剂清洗、干燥、焙烧、冷却后送入CNTs产品罐，同时，催化剂表面获得再生。