[发明专利]一种使用Pt基催化剂的一氧化碳水汽转化反应方法有效

专利信息
申请号: 202010027790.8 申请日: 2020-01-10
公开(公告)号: CN111139108B 公开(公告)日: 2021-09-21
发明(设计)人: 周继承;张彬钰;黄芸;黄楚琪 申请(专利权)人: 湘潭大学
主分类号: B01J35/10 分类号: B01J35/10;B01J29/035
代理公司: 长沙欧诺专利代理事务所(普通合伙) 43234 代理人: 欧颖;张文君
地址: 411105*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 使用 pt 催化剂 一氧化碳 水汽 转化 反应 方法
【说明书】:

本发明提供一种使用Pt基催化剂的一氧化碳水汽转化反应方法,所述Pt基催化剂的结构式为Pt/@‑ZrO2/SBA‑15,该催化剂包括ZrO2分散在SBA‑15上形成的复合载体以及负载在复合载体上的活性金属Pt,所述复合载体中ZrO2的含量为8.5~11wt%,且所述催化剂中活性金属铂的含量为1~2wt%。该催化剂活性好,用于催化一氧化碳水汽转化反应CO转化率可达100%,催化剂用量少,副产物少。与传统的CO水汽转化反应的催化剂相比,本发明的催化剂具有优异的催化活性和协同催化作用,在相对低温时就可得到很高的催化效率,具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及水汽转化反应技术领域,尤其涉及一种使用Pt基催化剂的一氧化碳水汽转化反应方法。

背景技术

随着经济的发展,能源需求越来越高以及能源消耗对于环境的污染,人们急切的需要寻求一种替代能源或者有效利用化石能源的方法。单位质量的氢气与氧气燃烧可以放出大量的热,且不生成温室气体及其他污染,被公认为一种绿色能源。近二十年来,世界上的很多国家积极地投入化石能源向氢能源的转化的研究。燃料电池是以一种通过氢气和氧气发生电化学反应生成电流的装置,它逐渐地走进人们的生活。与传统能源相比,燃料电池具有高效的能源使用效率,并且不会产生对环境造成污染的有毒气体。但燃料电池存在着原料气-氢气不能安全存放的缺点,克服这个缺点的最佳方式就是原位生产氢气,即在燃料电池前加一个原料处理器,运用天然气、煤、甲醛等碳氢原料进行水汽重整反应或者热重整反应生产氢气。

重整阶段的产物为CO(8~12%)、H2和CO2的混合气,因为气体中的CO不仅是一种污染环境的气体,同时它会使燃料电池的铂催化剂中毒,所以燃料电池所需燃料气(氢气)中CO的含量需要处理减少。为了去除混合气中的一氧化碳,首先使用水汽变换反应(WGS)将CO的浓度降到0.5~1%(CO与水反应生成CO2和氢气),再使用CO选择氧化(PROX)将CO的浓度降低到10ppm之下。

水汽变换反应是一个放热反应,因而在热力学上低温有利于反应的进行。因此,为了获得高的CO转化率,工业上运用两段法催化水汽变换反应,首先为高温变换反应(HTS)阶段,反应温度范围为320~450℃,催化剂为铁基催化剂。再为低温变换反应(LTS)阶段,反应温度范围为200~250℃,催化剂为传统的铜基催化剂。两段催化法适用于大型的反应装置,并且可以稳定使用很长时间,但是它不适用于燃料电池应用。例如铜基催化剂的抗硫、抗氯性能差。因而近年来人们一直在寻找一种能够得到较好CO转化率的燃料电池用催化剂。

现有关于CO水汽转化反应方面的专利和文章提到的一些典型例子,但仍然有各自的问题与不足之处。

中国专利CN108479785A,公开了一种高温水煤气变换反应用催化剂,由镍、钴及锌中选择的两个成分以及铁组成;制备时,将铁前驱体加入至蒸馏水中,混通过磁力搅拌机合搅拌,在镍前驱体、钴前驱体及锌前驱体中选择两个成分添加后再搅拌;添加蒸馏水和碳酸钠混合液,后干燥;添加蒸馏水和氢氧化钠混合液,洗涤,洗涤后的固体干燥,再裂解处理。该发明的催化剂是包括铁,以及从镍、钴及锌中选择两个成分,不包含铬三组分体系复合催化剂,应用于高温水煤气变换反应中,与之前使用的铁#铬系催化剂相比,具有一氧化碳的氧化反应效率高的优点,使用非贵金属代替高价的贵金属,经济性及实用性更好。

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