[发明专利]一种耐高温高压的铜系变换催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温高压的铜系变换催化剂，以稳定氧化物计由以下质量百分数的成分组成：CuO 45％～65％，ZnO 20％～40％，Al₂O₃ 5％～30％，SiO₂ 0.5％～3％，V₂O₅ 0.3％～3％，MnO₂ 0.1％～2％，该催化剂可在压力为7MPa～10MPa、温度为260℃～320℃的条件下使用；本发明还公开了一种耐高温高压的铜系变换催化剂的共沉淀法制备方法。本发明通过增加催化剂中CuO的量提高了催化剂的活性，利用V₂O₅中的V降低SiO₂表面的亲水性，避免了SiO₂在高温高压高水汽比时发生水合，提高了催化剂的耐高温高压性能；本发明的制备方法易于工业化量产，成本较低。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种耐高温高压的铜系变换催化剂及其制备方法。

背景技术

水煤气变换反应(CO+H₂O→H₂+CO₂)是工业上制氢气的主要途径。目前工业上常用的变化反应催化剂有钴钼系、铁铬系以及铜系三类。钴钼系变换催化剂在使用前需进行硫化，使活性组分从氧化态转化为硫化态，且使用过程中要求工艺气中含有一定量的硫，以避免催化剂返硫化而失活；铁铬系催化剂起活温度高，但其通常反应温度较高，范围为350℃～450℃；铜系变换催化剂因具有较好的低温活性而被广泛应用，目前工业上常用的低变催化剂为Cu/ZnO/Al₂O₃三元催化剂(含铜量以CuO含量计在45％以下)，该催化剂的使用温度为180℃～230℃，使用的压力通常在3MPa以下，汽气比在0.5以下。

国内部分氨厂及制氢厂使用天然气为原料进行制氢，因原料硫含量低，使用铁铬高变催化剂串联铜系低变催化剂的制氢工艺。由于使用高压造气工艺，压力为7MPa～9MPa，且为保证变换深度，常常添加大量蒸汽，汽气比在0.7以上，在此压力及汽气比条件下，水蒸气露点在240℃左右，因此，铜系低变催化剂的使用温度需达到260℃以上，以防止水蒸气冷凝，其热点温度可达280℃以上，目前国内常用的铜锌铝三元低变催化剂在此条件下使用时迅速失活。中国专利CN2013100237192报道了一种具有高耐热性的铜系变换催化剂，但该催化剂在300℃以下变换活性较差，且没有针对高压条件进行研究；中国专利CN2010105986983报道了一种在200℃～300℃反应温区内活性优良的铜系CO变换催化剂，但同样没有针对高压条件进行研究，而且载体制备工艺较为复杂，需水热法进行，实现工业化量产较为困难。目前，有关在高压、高温、高汽气比条件下使用的铜系变换催化剂资料较少，相关产品为国外所垄断，国内使用厂家每年需花费大量资金从国外购买。

因此，提供一种具有寿命长，耐高温高压、高汽气比的铜系变换催化剂具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种耐高温高压的铜系变换催化剂。本发明的催化剂通过提高催化剂中CuO的含量增加了反应活性中心铜的数量来提高催化剂的活性，同时添加助剂SiO₂和V₂O₅，利用V₂O₅中的V降低SiO₂表面的亲水性，避免了SiO₂在高温、高压和高汽气比的条件下发生水合反应，从而提高了催化剂的耐高温和耐高压性能。