[发明专利]一种低温Cu系变换催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种低温Cu系变换催化剂，属于催化剂技术领域。所述催化剂以质量百分比计，包括5％～15％的载体Al₂O₃，30％～60％的活性组分CuO以及28％～65％的助剂，所述助剂为锆、锌、钙、钾、镁的氧化物中的一种或几种。本发明还提供低温Cu系变换催化剂的制备方法和应用。本发明催化剂采用新的载体原料异丙醇铝，利用共沉淀法制备低温Cu系变换催化剂。本发明低温Cu系变换催化剂具有低温活性好、收率高、比表面积大、耐热性好、抗老化性好、使用寿命长等特点。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体为一种低温Cu系变换催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

水汽变换反应是合成氨工业中十分重要的一环，该反应可以利用水蒸气将原料气中多余的CO转化为CO₂，在防止合成氨催化剂在反应过程中中毒的同时，还可以产生富裕的H₂，保证合成氨顺利进行。

水汽变换反应主要有高温变换和低温变换两种，其中高温变换是将大量的CO进行粗转化，使得原料气中CO的浓度保持在10％～12％之间，而低温变换是将剩余的CO进行更近一步脱除，由于经低温变换过后原料气直接进入精制工段，单位CO脱除成本显著增加，因此要求低温变换催化剂必须具有较高的活性和稳定性以保证变换工段出口气体CO含量达标。目前主要的低温变换催化剂为Cu系催化剂，其中活性组分为还原后的Cu单质纳米颗粒，由于Cu单质晶格蠕变温度较低，在300℃左右就会发生明显的纳米颗粒迁移团聚现象，使得催化剂的活性显著降低，因此寻求一种新的催化剂及制备方法来保证活性组分Cu的稳定性显得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温Cu系变换催化剂及其制备方法和应用。本发明催化剂采用新型的载体原料，利用共沉淀法制备低温Cu系变换催化剂。本发明低温Cu系变换催化剂具有低温活性好、收率高、比表面积大、耐热性好、抗老化性好、使用寿命长等特点。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种低温Cu系变换催化剂，以质量百分比计，包括5％～15％的载体Al₂O₃，30％～60％的活性组分CuO以及28％～65％的助剂，所述助剂为锆、锌、钙、钾、镁的氧化物中的一种或几种。

进一步，以质量百分比计，包括8％～12％的载体Al₂O₃，40％～50％的活性组分CuO以及35％～60％的助剂，更进一步优选为40％～50％的助剂。

进一步，以催化剂总质量计，所述助剂中各组分的含量为：ZrO₂ 0％～10％，ZnO28％～40％，CaO 0％～5％，K₂O 0％～3％，MgO 0％～5％。K、Ca作为活性助剂，可以增强催化剂反应活性；Zr的引入可以增加体系缺陷位，从而促进Cu活性组分的分散，Zn、Mg的加入可以稳定Cu活性组分，促进CuO在催化剂形成时分散更均匀，在催化剂成型过程中，Mg与Al形成尖晶石结构，促进Cu、K、Ca的分散，同时，在催化剂活化后的反应过程中锚定活性组分及助剂，减少活性组分及助剂的流失。

一种低温Cu系变换催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取铝的前驱体分散溶解于稀硝酸溶液中，调节pH后搅拌，转移至共沉淀反应器；

2)取硝酸铜和除钾外助剂的硝酸盐溶解于水中，搅拌，加入共沉淀反应器；

3)取碱液加入共沉淀反应器中进行反应，反应完毕后经老化，过滤，烘干，煅烧，研磨，成型得到产品。

进一步，步骤1)中，所述铝的前驱体为异丙醇铝，调节pH为1～2。

进一步，所述助剂的硝酸盐为硝酸锌、硝酸钙、硝酸锆、硝酸镁中的一种或几种。