用于三氧化硫转化和氢气生产的方法技术

本公开内容涉及用于分解硫酸的方法，特别是用于催化分解硫酸的方法，以由其获得二氧化硫。在本发明专利技术方法中，催化剂通过降低反应的活化能势垒而在改善解离效率方面起主要作用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于三氧化硫转化和氢气生产的方法
本文所述的主题一般涉及用于在催化剂组合物的存在下将三氧化硫转化为二氧化硫和氧气的方法。
技术介绍
世界能源需求不断增长，并且由于含碳能源的广泛使用，温室气体的大气排放迅速增加，导致各种全球环境问题。为了缓解这些问题，已在世界范围内开展了许多研究计划用于开发可再生能源，例如利用太阳能、风能、潮汐能、核能或地质能的技术。这导致引入新的通用能量载体，即氢气[1、2]。将水直接裂解成氢气和氧气是不实际的并且也是需要能量的。这可以通过多种方式以减少能量需求并且通过在不同的地方产生氢气和氧气来实现。这些方法统称为热化学氢循环(TC)。热化学循环的一些实例是硫-碘循环法、Westinghouse循环法、Ispra-Mark13循环法和LosAlamos科学实验室循环法[3、4]。在这些循环中，由GeneralAtomic[5]最初提出的硫-碘热化学循环由于其更高的效率而被证明是最有前途的。一些工厂广泛的经济分析表明，热能在最终成本中的敏感性是显著的，其可以通过单独改善催化剂性能来降低[6]。美国专利第2,406,930号公开了在非常高的温度下使硫酸热分解以得到二氧化硫和氧气。美国专利第3,888,730号公开了当使硫酸蒸气与钒催化剂接触时，硫酸在比热分解低得多的温度下分解。美国专利第4,089,940号公开了通过使用铂催化剂可以降低硫酸的分解温度。美国专利第4,314,982号公开了负载在各种载体(如硫酸钡、氧化锆、二氧化钛、二氧化硅、硅酸锆及其混合物)上的铂催化剂。这些铂负载型催化剂在分解反应的低温区域(即，至多700℃)中是稳定且有效的。在超过和高于700℃的温度下，使用负载在上述载体上的铜氧化物和铁氧化物作为催化剂。酸的整个催化分解在作为具有负载型铂催化剂的低温床和具有较便宜的铁氧化物或铜氧化物负载形式的高温床的一系列床中发生。在这些床中实现的停留时间分别为1.0秒和0.5秒。用于多级过程的催化剂的组合能够在不超过7秒的总停留时间内实现等于对于最佳温度的平衡值的至少约95％的分解以产生SO2。韩国专利第10-0860538号公开了负载或没有负载在氧化铝和二氧化钛上的铜-铁二元氧化物催化剂。美国专利申请20140086823A1和WO2012/161290A1公开了用于在650℃至800℃范围内的较低温度下进行分解反应的催化剂和方法。负载型催化剂是负载在多孔二氧化硅上的金属氧化物的复合材料。复合金属氧化物包含钒、钨、和选自铜(Cu)、锆(Zr)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)及其组合的至少一种金属。然而，所述催化剂在非常低的SO3分压(即，总压力的0.045倍)在非常高的惰性载气下操作以提供接近平衡的转化。然而，这些催化剂在较低的流量(W/F约5.6×10-5g-h/cm3)下操作，导致较低的产量和较高的操作成本。许多研究小组已经提出了降低分解温度或者增加包含负载或非负载形式的金属氧化物/复合材料的催化剂的活性[7、8]。非常重要的是通过使用允许三氧化硫分解反应在宽范围的操作条件下以经济的速率进行的催化剂，与高活性一起增加稳定性，或者降低三氧化硫分解反应所需的温度。
技术实现思路
在本公开内容的一个方面中，提供了用于将三氧化硫转化为二氧化硫和氧气的方法，该方法包括：将催化剂组合物置于反应器中，其中所述催化剂组合物包含：选自过渡金属氧化物、混合过渡金属氧化物及其组合的活性材料；以及选自二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、碳化物及其组合的载体材料，其中活性材料相对于载体材料的重量比率在0.1重量％至25重量％的范围内；在任选使用的载气的存在下在700K至1223K的温度下使三氧化硫的流通过所述催化剂组合物；以及回收包含三氧化硫、二氧化硫、氧气、水和任选使用的载气的物流。参照以下描述和所附权利要求将更好地理解本主题的这些和其他特征、方面和优点。提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些概念。本
技术实现思路
既不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。附图说明根据以下描述、所附权利要求和附图，将更好地理解本主题的以上和其他特征、方面和优点，其中：图1示出了温度对SO3分解的影响。图2示出了空间每小时速度对SO3分解的影响。具体实施方式本领域技术人员将意识到，除了具体描述的那些之外，本公开内容可以进行变化和修改。应理解，本公开内容包括所有这样的变化和修改。本公开内容还包括本说明书中单独或集合性地提及或指出的所有这样的步骤、特征、组合物和化合物，以及任何或更多个这样的步骤或特征的任何和所有组合。定义：为方便起见，在进一步描述本公开内容之前，在此集中了说明书和实施例中采用的某些术语。这些定义应根据本公开内容的其余部分来阅读，并且如本领域技术人员所理解的来理解。本文所使用的术语具有本领域技术人员公认和已知的含义，然而，为了方便和完整起见，下面阐述了特定术语及其含义。冠词“一个”、“一种”和“一者”用于指代一个或多于一个(即，至少一个)的冠词语法对象。术语“包括”和“包含”以包含性的开放意义使用，意指可以包括另外的要素。在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”以及变体，例如“含有”和“包含”，将被理解为暗示包括所述要素或步骤或者要素或步骤的组，但是不排除任何其他要素或步骤或者要素或步骤的组。术语“催化剂复合材料”和“催化剂组合物”在本公开内容中可互换使用。比率、浓度、量和其他数值数据在本文中可以以范围格式呈现。应理解，这样的范围格式仅仅是为了方便和简洁而使用，并且应该被灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围限制的数值，而且还包括包含在该范围内的所有单独的数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确地叙述一样。本公开内容一般涉及在用于氢气生产的硫-碘循环中将硫酸或三氧化硫催化分解为二氧化硫和氧气的方法。在本公开内容的一个实施方案中，提供了用于催化分解硫酸的方法，其中在700℃至950℃之间的温度和1巴至12巴之间的压力下使蒸气形式的硫酸与催化剂或催化剂组合(例如负载在多孔β-SiC上的金属氧化物催化剂)接触。在本公开内容的一个实施方案中，提供了以两个步骤分解硫酸以产生二氧化硫的方法。第一步包括将硫酸热分解为三氧化硫和水。第二步是将三氧化硫催化分解为二氧化硫和氧气。用于通过裂解水生产氢气和氧气的方法可以使用任何下面给出的方法进行，a.通过S-I循环法将水硫-碘裂解成氢气和氧气，b.Westinghouse循环法，c.Ispra-Mark13循环法，d.LosAlamos科学实验室循环法。本公开内容的方法包括通过表示为R1的反应将硫酸分解成水、二氧化硫和氧气。反应R1进一步分别分为基元反应R1-1和R1-2。在基元反应中，基元反应R1-2通过本专利技术的方法进行以产生二氧化硫。硫-碘循环：-由以下的系列反应R1至R3和总反应R5表示的S-I(硫-碘)循环法，其中氧气和氢气通过逐步(stepvice)方式产生。用于通过裂解水生产氢气和氧气的本公开内容的方法包括在步骤-I中将硫酸分解为水、二氧化硫和氧气。步骤-I进一步分为两个基元反应R1-1和R1-2。本方法涉及在基元反应R1-2中的二氧化硫产生。Westinghouse循环：-在由下式(R1)、(R6)和(R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将三氧化硫转化为二氧化硫和氧气的方法，包括，所述方法包括：将催化剂组合物置于反应器中，其中所述催化剂组合物包含：选自过渡金属氧化物、混合过渡金属氧化物及其组合的活性材料；以及选自二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、碳化物及其组合的载体材料，其中所述活性材料相对于所述载体材料的重量比率在0.1重量％至25重量％的范围内；在任选使用的载气的存在下在700℃至900℃的温度下使三氧化硫的流通过所述催化剂组合物；以及回收包含三氧化硫、二氧化硫、氧气、水和所述任选使用的载气的物流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.28 IN 2016110148961.一种用于将三氧化硫转化为二氧化硫和氧气的方法，包括，所述方法包括：将催化剂组合物置于反应器中，其中所述催化剂组合物包含：选自过渡金属氧化物、混合过渡金属氧化物及其组合的活性材料；以及选自二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、碳化物及其组合的载体材料，其中所述活性材料相对于所述载体材料的重量比率在0.1重量％至25重量％的范围内；在任选使用的载气的存在下在700℃至900℃的温度下使三氧化硫的流通过所述催化剂组合物；以及回收包含三氧化硫、二氧化硫、氧气、水和所述任选使用的载气的物流。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述过渡金属选自Cu、Cr和Fe。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性材料是选自Cu、Cr和Fe的氧化物中的过渡金属氧化物。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性材料是选自二元氧化物、三元氧化物和尖晶石的混合过渡金属氧化物。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性材料是Cu的氧化物。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性材料是Cr的氧化物。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性材料是Fe的氧化物。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性材料是摩尔比为1:2的Cu和Fe的二元氧化物。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性材料是具有尖晶石结构的Fe和Cu的氧化物。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性材料是具有尖晶石结构的Cr和Cu的氧化物。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述载体材料的孔体积在0.05cc/g至0.9cc/g的范围内。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述载体材料的活性表面积在5m2/g至35m2/g的范围内，通过BET多点氮吸附法确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯里德维·乌帕德亚尤拉，阿肖克·尼里蒂·巴斯卡尔瓦尔，基肖尔·孔达穆迪，帕尔瓦塔卢·达马拉尤，巴拉特·巴尔加瓦，萨蒂纳特·班纳吉，
申请(专利权)人：印度德里技术研究院，石油天然气公司能源中心，
类型：发明
国别省市：印度,IN