[发明专利]一种提高铜基催化剂催化制氢性能的方法

说明书

一种酸活化蒙脱土负载铜基催化剂，以酸活化蒙脱土为载体，活性组分为金属铜，金属助剂为Ni、Co、Ce、Zr、La、Fe、V。酸活化蒙脱土的比表面积为356.93 m²/g，孔容为0.56 cm³/g，孔径为6.24 mm，金属铜的负载量为5～10%，金属助剂的负载量为3～10%，Cu负载蒙脱土基催化剂的比表面积为214.19～334.06 m²/g，孔容为0.35～0.52 cm³/g，孔径分布为5.94～6.58 mm。本发明将蒙脱土酸活化处理后，用过量浸渍的方法负载铜和其他金属助剂，在金属助剂加入后，与单独负载金属铜的催化剂相比，催化剂的反应性能得到显著提升，二甲醚转化率和氢收率明显升高，说明金属助剂的加入是提升铜基催化剂制氢性能的有效方法。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及到一种选择性控制二甲醚水蒸气重整制氢用的催化剂。

背景技术

近年来，由于化石原料的枯竭和环境污染，人们高度重视新能源的开发。在所有的可替代能源中，氢能因其具有能量密度高和环境优势，作为一种具有发展潜力的清洁能源引起了人们越来越多的关注。

以醇、碳氢化合物和醚为原料的的制氢方法被认为是氢能源最现实的解决方案之一，如从甲烷、甲醇和乙醇为原料制取氢气。然而以上物质在制氢过程中存在一定缺陷，如甲烷和乙醇制氢需要较高的反应温度才能实现，甲醇是一种有毒物质。

二甲醚是一种新型的替代能源，具有能量密度高、无毒、无腐蚀性、环境友好等特点。更重要的是二甲醚具有与液化石油气（LPG）相似的物理性质，易于储存和运输，因此液化石油气的供应设施可以用于运输二甲醚，从而降低二甲醚制氢的商业成本。此外，DME资源丰富，因此其大规模的应用不会受限于DME的来源。综上所述，二甲醚制氢已经成为了近年来的研究热点。

二甲醚水蒸气重整可以在250℃-500℃条件下进行，是一个连串反应。总反应方程式为（eq（1））。二甲醚水蒸气重整制氢首先发生的是二甲醚水解生成甲醇（eq（2）），这一步是在固体酸催化剂上发生的；紧接着生成的甲醇与水发生重整反应生成氢气和二氧化碳（eq（3））。在二甲醚水蒸气重整反应发生的同时，也伴随着副反应的发生（eq（4）-（8））

DME steam reforming：CH₃OCH₃+3H₂O→6H₂+2CO₂ （1）

DME hydrolysis: CH₃OCH₃+H₂O→2CH₃OH （2）

MeOH steam reforming: CH₃OH+H₂O→3H₂+CO₂ （3）

r-WGS: CO₂+H₂→H₂O+CO （4）

DME decomposition: CH₃OCH₃→CH₄+H₂+CO （5）

Direct CO₂ formation: CH₃OCH₃+2H₂O→CH₄+CO₂₊2H₂ （6）

MeOH decomposition:CH₃OH→CO+2H₂ （7）