甲醇水蒸气重整制氢催化剂及其制备方法、制氢方法技术

本发明专利技术揭示了一种多活性组分的甲醇水蒸气重整制氢催化剂及其制备方法，所述催化剂包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物。其中贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.5%～2%，Pd含量占催化剂总质量的1%～5%，Cu的氧化物占催化剂总质量的5%～15%，Fe的氧化物占催化剂总质量的2%～10%，Zn的氧化物占催化剂总质量的10%～25%，稀土金属氧化物占催化剂总质量的5%～45%，其余为过渡金属氧化物。本发明专利技术采用浸渍法，共沉淀法和凝胶-溶胶法经过特殊工艺制备的催化剂可在250～550℃的宽温度范围内使用，甲醇转化率大于90%，重整气中氢含量大于70mol%。活性高，重整性好，可操作性强，适合用于非均温的甲醇水蒸气重整制氢系统中。

【技术实现步骤摘要】
甲醇水蒸气重整制氢催化剂及其制备方法、制氢方法
本专利技术属于制氢工艺
，涉及一种催化剂，尤其涉及一种多活性组分的甲醇水蒸气重整制氢催化剂；同时，本专利技术涉及一种上述甲醇水蒸气重整制氢催化剂的制备方法；此外，本专利技术还涉及利用上述甲醇水蒸气重整制氢催化剂的制氢方法。
技术介绍
近年来，随着质子交换膜燃料电池的发展，特别是其应用于汽车以及分布式发电，迫切需要小型高效、高效、分散的移动制氢系统以供应原料氢。于是出现了各式各样的制氢系统，同时也出现了各式各样的制氢方法。例如中国专利CN202519022U揭示的一种甲醇水蒸气重整制氢设备，所述设备包括液体储存容器、换热器、气化室、重整室、分离室。所述设备包括一个或多个加热单元，为制氢设备需要温度控制的部件进行温度控制；加热单元通过分离室输出的余气或/和制得的氢气加热。重整室与分离室之间的传送通道经过一预热控温机构，该预热控温机构用以加热从重整室输出的气体；所述预热控温机构作为重整室与分离室之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近。又如中国专利公开号CN101033059提供的制氢方法，该制氢方法由于其不需要外部供热，容易实现现场制热，所以受到广大关注。此方法中采用弛放气进行加热系统，产生的结果是系统各部位受热不均匀，最直接，也是最影响的是催化剂的催化活性。目前市场上的所有甲醇制氢催化剂无论是铜催化剂或贵金属催化剂以及其他催化剂都有自身的活性温度，或者在200-300℃，或者在350-450，或者在400以上，因此在温度分布不均匀的系统中应用市场上的催化剂时就会产生催化活性低，催化剂效率的结果。即市场上的催化剂在非均温的系统中应用就会有局限性。有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的甲醇制氢催化剂，以便克服现有催化剂的上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种甲醇水蒸气重整制氢催化剂，在制氢的过程中，可经过各个组分的协调作用，使得该催化剂在很宽的温度范围内具有很高的活性。同时，本专利技术还提供一种甲醇水蒸气重整制氢催化剂的制备方法，制得的催化剂在制氢的过程中，可经过各个组分的协调作用，使得该催化剂在很宽的温度范围内具有很高的活性。此外，本专利技术进一步提供一种甲醇水蒸气重整制氢催化剂的制氢方法，可经过各个组分的协调作用，使得该催化剂在很宽的温度范围内具有很高的活性。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种甲醇水蒸气重整制氢催化剂，所述催化剂以Pt、Pd、Cu、Fe、Zn五种元素组成活组分，以功能性复合金属氧化物作为载体，所述功能性复合金属氧化物包括稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；所述催化剂具体包括：PtO、PdO、CuO、Fe2O3、ZnO、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；其中，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.5%～2%，Pd的含量占催化剂总质量的1%～5%，CuO占催化剂总质量的5%～15%，Fe2O3占催化剂总质量的2%～10%，ZnO占催化剂总质量的10%～25%，稀土金属氧化物占催化剂总质量的5%～45%，其余为过渡金属氧化物；所述稀土金属包括镧、铈、钕、铕、镨中的一种或多种；过渡金属包括锆、钇、钼、铌、锰、钴中的一种或多种。一种甲醇水蒸气重整制氢催化剂，所述催化剂包括：Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；作为本专利技术的一种优选方案，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.5%～2%，Pd含量占催化剂总质量的1%～5%，Cu的氧化物占催化剂总质量的5%～15%，Fe的氧化物占催化剂总质量的2%～10%，Zn的氧化物占催化剂总质量的10%～25%，稀土金属氧化物占催化剂总质量的5%～45%，其余为过渡金属氧化物。作为本专利技术的一种优选方案，所述稀土金属包括镧、铈、钕、铕、镨中的一种或多种。作为本专利技术的一种优选方案，所述过渡金属包括锆、钇、钼、铌、锰、钴中的一种或多种。一种上述的催化剂的制备方法，所述制备方法包括：载体采用共沉淀法或凝胶-溶胶法，载体的沉淀物或溶胶在110～180℃干燥，在260～480℃分解，在400～750℃焙烧，所得固体采用浸渍法浸渍活性组分到载体上。作为本专利技术的一种优选方案，所述方法具体包括：载体采用共沉淀法或凝胶-溶胶法制备，载体的沉淀物或溶胶在120～150℃干燥6～15h，在300～400℃分解2～6h，在450～650℃焙烧3～6h，所得固体，压片或挤条成型，采用浸渍法浸渍活性组分到载体上；所述载体包括稀土金属氧化物、过渡金属氧化物。作为本专利技术的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤：载体的制备步骤：利用稀土硝酸盐和过渡金属硝酸盐采用共沉淀法得到沉淀物，或采用凝胶-溶胶法生成凝胶；沉淀物或溶胶在120～150℃干燥6～15h，在300～400℃分解2～6h，在450～650℃焙烧3～6h，所得固体经过压片或挤条成型，得到片状或条形载体；共沉淀法即稀土硝酸盐和过渡金属硝酸盐的混合水溶液首先用氨水或碳酸钠进行共沉淀得沉淀物；凝胶-溶胶法即稀土金属硝酸盐和过渡金属硝酸盐与柠檬酸等有机酸在水溶液中反应生成凝胶；催化剂的制备步骤：采用浸渍法浸渍活性组分到载体上，即上所述的成型的片状或条形载体浸泡于配置好的硝酸铂、硝酸钯、硝酸铜、硝酸铁、硝酸锌的混合水溶液中浸泡12～24h，再在120～150℃干燥6～15h，350～650℃焙烧3～6h；最后得到的催化剂以Pt、Pd、Cu、Fe、Zn五种元素组成活组分，以功能性复合金属氧化物作为载体，所述功能性复合金属氧化物包括稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；所述催化剂具体包括：PtO、PdO、CuO、Fe2O3、ZnO、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；其中，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.5%～2%，Pd的含量占催化剂总质量的1%～5%，CuO占催化剂总质量的5%～15%，Fe2O3占催化剂总质量的2%～10%，ZnO占催化剂总质量的10%～25%，稀土金属氧化物占催化剂总质量的5%～45%，其余为过渡金属氧化物；所述稀土金属包括镧、铈、钕、铕、镨中的一种或多种；过渡金属包括锆、钇、钼、铌、锰、钴中的一种或多种。一种利用上述甲醇水蒸气重整制氢催化剂的制氢方法，所述制氢方法包括如下步骤：制氢方法包括重整步骤，重整步骤中重整室内的催化剂为上述甲醇水蒸气重整制氢催化剂。作为本专利技术的一种优选方案，重整室的制氢温度控制在250-550℃范围，水与甲醇的摩尔比为1～1.6，在空速2.8h-1的条件下反应。所述制氢方法具体包括如下步骤：步骤S1、快速启动步骤；所述制氢系统利用快速启动装置提供启动能源启动；具体包括：第一启动装置的第一加热机构通电设定时间，待第一加热机构达到设定温度后向第一气化管路通入甲醇；由于第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上，甲醇温度逐步升高；第一气化管路输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第一气化管路输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第一气化管路输出后直接自燃；气化的甲醇通过燃烧放热，为制氢设备提供启动能源；同时，第一气化管路输出的甲醇燃烧还为第二启动装置的第二气化管路加热，将第二气化管路中的甲醇气化；待第二气化管路中输出气化的甲醇后，关闭第一启动装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲醇水蒸气重整制氢催化剂，其特征在于，所述催化剂以Pt、Pd、Cu、Fe、Zn五种元素组成活组分，以功能性复合金属氧化物作为载体，所述功能性复合金属氧化物包括稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；?所述催化剂具体包括：PtO、PdO、CuO、Fe2O3、ZnO、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；?其中，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.5%～2%，Pd的含量占催化剂总质量的1%～5%，CuO占催化剂总质量的5%～15%，Fe2O3占催化剂总质量的2%～10%，ZnO占催化剂总质量的10%～25%，稀土金属氧化物占催化剂总质量的5%～45%，其余为过渡金属氧化物；?所述稀土金属包括镧、铈、钕、铕、镨中的一种或多种；过渡金属包括锆、钇、钼、铌、锰、钴中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种甲醇水蒸气重整制氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂以Pt、Pd、Cu、Fe、Zn五种元素组成活性组分，以功能性复合金属氧化物作为载体，所述功能性复合金属氧化物包括稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；所述制备方法包括：载体采用共沉淀法或凝胶-溶胶法，载体的沉淀物或溶胶干燥，分解，焙烧，所得固体采用浸渍法浸渍活性组分到载体上；所述制备方法具体包括如下步骤：载体的制备步骤：利用稀土硝酸盐和过渡金属硝酸盐采用共沉淀法得到沉淀物，或采用凝胶-溶胶法生成凝胶；沉淀物或溶胶在120～150℃干燥6～15h，在300～400℃分解2～6h，在450～650℃焙烧3～6h，所得固体经过压片或挤条成型，得到片状或条形载体；共沉淀法即稀土硝酸盐和过渡金属硝酸盐的混合水溶液首先用氨水或碳酸钠进行共沉淀得沉淀物；凝胶-溶胶法即稀土金属硝酸盐和过渡金属硝酸盐与柠檬酸有机酸在水溶液中反应生成凝胶；催化剂的制备步骤：采用浸渍法浸渍活性组分到载体上，即上所述的成型的片状或条形载体浸泡于配制好的硝酸铂、硝酸钯、硝酸铜、硝酸铁、硝酸锌的混合水溶液中浸泡12～24h，再在120～150℃干燥6～15h，350～650℃焙烧3～6h；最后得到的催化剂以Pt、Pd、Cu、Fe、Zn五种元素组成活性组分，以功能性复合金属氧化物作为载体，所述功能性复合金属氧化物包括稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；所述催化剂具体包括：PtO、PdO、CuO、Fe2O3、ZnO、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；其中，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.5％～2％，Pd的含量占催化剂总质量的1％～5％，CuO占催化剂总质量的5％～15％，Fe2O3占催化剂总质量的2％～10％，ZnO占催化剂总质量的10％～25％，稀土金属氧化物占催化剂总质量的5％～45％，其余为过渡金属氧化物；所述稀土金属包括镧、铈、钕、铕、镨中的一种或多种；过渡金属包括锆、钇、钼、铌、锰、钴中的一种或多种。2.一种利用甲醇水蒸气重整制氢催化剂的制氢方法，其特征在于，所述制氢方法包括如下步骤：制氢方法包括重整步骤，重整步骤中重整室内的催化剂为按照权利要求1所述制备方法制得的甲醇水蒸气重整制氢催化剂；重整室的制氢温度控制在250～550℃范围，水与甲醇的摩尔比为1～1.6，在空速2.8h-1的条件下反应；所述制氢方法具体包括如下步骤：步骤S1、快速启动步骤；所述制氢系统利用快速启动装置提供启动能源启动；具体包括：第一启动装置的第一加热机构通电设定时间，待第一加热机构达到设定温度后向第一气化管路通入甲醇；由于第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上，甲醇温度逐步升高；第一气化管路输...

【专利技术属性】
技术研发人员：向华，黄文昭，国海光，
申请(专利权)人：上海摩醇动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：