[发明专利]一种毫秒级制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种毫秒级制氢的方法。

背景技术

氢气在现代工业中发挥着非常重要的作用，比如合成氨工业、甲醇工业，尤其是炼油工业。在原油品质不断降低，但对成品油要求不断提高的趋势下，炼厂加氢任务增重，对氢气的需求也越来越大。

近年来，微尺度反应器作为一项新兴的技术得到越来越多的认可，DuPont、BASF、Bayer、Degussa等公司一直致力于推动和促进微尺度反应器。微尺度反应器是指反应器内流体流动通道在三维空间的其中一维方向的尺寸在几十微米~几毫米尺度的反应器。这种物理尺寸的减小使得一些物理量的梯度（温度梯度、压力梯度、浓度梯度等）显著增大，从而大幅度提高反应器内的传质、传热效率。除了空间上的限制带来的传递性能的强化外，微尺度反应器还可以作为独立的单元进行并联操作。因此，微尺度反应器的处理能力可以通过增加数目来提高，通过数目的放大实现生产规模的放大，不需要向传统反应器那样通过逐级放大反应设备来实现生产规模的放大，可低成本实现产业化和规模化，也可以进行分散式生产。

由于微尺度反应器操作的要求，催化剂通常需要黏附于反应器壁面形成催化剂薄层。由于金属和催化剂的热膨胀系数存在较大的差别，在长时间的高温操作和反复的升温降温过程中，沉积到金属基体表面的催化剂层将出现侵蚀和脱落。目前国内外尚没有有效的解决方式。之前申报的专利（201010597068.4一种在金属基板上制备催化剂涂层的方法）提供了一种在金属基板上制备催化剂涂层的方法，成功解决了催化剂层的高温脱落问题，而且具有很好的催化性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种毫秒级制氢的方法，不仅设备体积小，成本小，而且生产能力高，效率高，特别适合于分布式制氢场合。

本发明所述的一种毫秒级制氢的方法是通过以下技术方案实现的：首先以FeCrAl-Al₂O₃复合基板为载体，经过涂覆AlOOH溶胶，焙烧，浸渍活性组分，再焙烧制得（参考之前专利201010597068.4：一种在金属基板上制备催化剂涂层的方法）Ni催化剂板。然后将做好的Ni催化剂板插入已经设计并制作好的微通道反应器内，在两片Ni催化剂板之间形成高度小于2mm的微通道，在毫秒级停留时间内完成甲烷水蒸气重整制氢过程。

本发明所述的一种毫秒级制氢的方法中所制得的Ni催化剂板，其Ni的负载量为5~50%（NiO质量/(NiO+Al₂O₃)质量），具体可以通过Ni金属盐的浓度和浸渍次数来调节。

本发明所述的一种毫秒级制氢的方法中微通道的产生是通过将催化剂板插入反应器内实现，微通道高度小于2mm，装配方式不限。

本发明所述的一种毫秒级制氢的方法中，反应气体，甲烷和水，在微通道内的停留时间小于1s。

之前在对微通道反应器内利用甲烷水蒸气重整反应制氢过程的研究中，主要采用Rh这一贵金属催化剂，包括美国velocys公司也是如此，几乎没有Ni催化剂的报道。而且之前一直没有解决催化剂涂层脱落的问题。本发明在上一个专利（201010597068.4一种在金属基板上制备催化剂涂层的方法）的基础上，制备了活性和稳定性都很好的Ni催化剂，成功完成了微通道反应器内的毫秒级制氢过程。并且，通过并联放大的方式成功对该过程进行了放大。

附图说明

图1a、图1b、图1c是微通道反应器1装配形式以及实验结果

图2a、图2b、图2c是微通道反应器2装配形式以及实验结果

图3a、图3b是微通道反应器3装配形式以及实验结果

图4a、图4b、图4c是微通道反应器其他一些装配形式

具体实施方式

下面以3种不同的反应器装配形式为例，对这一在微通道反应器内进行毫秒级甲烷水蒸气重整制氢过程作进一步详细说明。

实施例1：

首先制得2片尺寸均为1.8cm*3.0cm的复合基板，然后涂覆AlOOH溶胶，焙烧后转变为γ-Al₂O₃，然后分别浸渍RhCl₃，Ni(NO₃)₂，焙烧后就制得了Rh催化剂板和Ni催化剂板。将制好的催化剂板插入图1所示的微通道反应器内，这样就在催化剂板的两侧就形成了两个微通道，每个微通道只有一侧为催化剂层。进行甲烷水蒸气重整反应，即可以评价出Rh与Ni催化剂的性能差别，结果如图1所示,图中Q——热量。