分享一种氢气点火催化剂及其制备方法和用图

本站提供的分享一种氢气点火催化剂及其制备方法和用图,今天小编带来了。

一种氢气点火催化剂及其制备方法和用图
本发明提供了一种氢气点火催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)将贵金属盐溶于去离子水得到第一溶液;(2)再将镧盐溶于第一溶液中,得到第二溶液;(3)将三氧化二铝溶胶均匀分散于去离子水中,得到第三溶液;(4)将第三溶液和第二溶液混合,混合均匀的溶液为第四溶液;(5)将第四溶液涂覆于载体上,得到中间催化剂;(6)将中间催化剂干燥焙烧活化冷却后得到所需氢气点火催化剂;所述步骤(1)中的贵金属为铂或钯;通过调节步骤(5)的涂覆次数使得贵金属的含量为0.1wt%-10wt%。本发明的方法便于规模化生产制备,同时本方法制备的催化剂寿命长。

-种氨气点火催化剂及其制备方法和用途
技术领域
[0001] 本发明设及一种点火催化剂的制备方法及点火催化剂在甲醇重整制氨技术上的 应用,具体而言,设及一种氨气快速催化点火的点火催化剂及其制备方法和应用。

[0002] 目前,在工业应用、航空航天应用及生活生产应用中,可燃气体点火方式有多种, 大多基于电点火(电加热棒或电打火)式,或贵金属催化点火的方式。电打火方式技术成熟, 且可靠性较高,但需要配置相应的电源用于启动点火的电能,使用寿命和次数受限。贵金属 催化点火方式最初始于销丝,之后发展为销粉,后来发展为贵金属复合物,且将贵金属附着 在催化剂载体(例如氧化侣、氧化娃等)上,作为点火催化剂使用。电点火的方式有电加热棒 化eater igniter)和电打火(spark igniter)两种方式;另外,如果一个维持火苗(pilot f lame),无需电打火。当然维持火苗第一次点火还是需要电点火的。
[0003] 正常情况下,氨气与氧气发生反应所需溫度在500°C W上,此时氨气分子由于在高 溫条件下增加了分子间发生自由碰撞的几率,呈现出高能量状态,从而能够与氧气发生氧 化反应。但在催化剂存在条件下,氨氧复合反应的活化能降低,使得氨气分子在较低的能量 状态下也能够与与氧气发生复合反应。即氨气被金属离子吸附时,氨原子被活化,吸附在金 属离子上的氨原子或氨离子在较溫和的条件下,进一步与氧气发生反应。基于W上原理,催 化点火被广泛应用。
[0004] 通常负载型贵金属点火催化剂制备技术采用浸溃法、涂敷法及化学沉积法、胶体 法等技术,然而化学沉积法、胶体法等技术制备过程复杂,不便于批量化生产,较适用于实 验室,涂敷法适用于做膜类,浸溃法适合于各种情况,且相对较为简单,适于批量生产。
[0005] 本发明专利基于W上原因及本公司自主研发甲醇重整制氨技术的优化,设计了一 种采用简单制备点火催化剂的方法。该方法通过调配贵金属含量,制备了一种高效的氨气 点火催化剂,并将该催化剂用于甲醇重整制氨技术上。



[0006] 本发明的目的是解决现有氨气点火催化技术中存在的部分问题,提供一种氨气点 火催化剂及其制备方法和用途。
[0007] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的:
[000引一种氨气点火催化剂的制备方法,包括如下步骤:
[0009] (1)将贵金属盐溶于去离子水得到第一溶液;
[0010] (2)再将铜盐溶于第一溶液中,得到第二溶液;
[0011] (3)将=氧化二侣溶胶均匀分散于去离子水中,得到第=溶液;
[0012 ] (4)将第=溶液和第二溶液混合,混合均匀的溶液为第四溶液;
[001 :3 ] (5)将第四溶液涂覆于载体上,得到中间催化剂;
[0014] (6)将中间催化剂干燥赔烧活化冷却后得到所需氨气点火催化剂;
[0015] 通过调节步骤(5)的涂覆次数使得贵金属的含量为0. lwt%-10wt%。
[0016] 优选地,所述步骤(1)-(4)的溶解或混合通过加热、超声或揽拌的方式加速溶解或 混合。
[0017] 优选地,所述步骤(5)的载体为多孔蜂窝状、球状、网状的耐高溫陶瓷或侣合金。
[0018] 优选地,所述步骤(5)的涂覆采用浸溃法、喷涂法和滴涂法中的一种。
[0019] 优选地,所述步骤(6)的干燥赔烧活化冷却是将中间催化剂于室溫放置30-50min 后,置于恒溫箱中,恒溫箱初始溫度设为80-150°C,干燥1-2个小时,再将恒溫箱溫度设置为 250-350°C,活化3-5个小时后冷却至室溫,即得到所需氨气点火催化剂。
[0020] 优选地,所述步骤(6)的干燥赔烧活化冷却是将中间催化剂放入鼓风干燥箱中先 在80-150°C,干燥1-2个小时,再将恒溫箱溫度设置为250-350°C,活化3-5个小时后冷却至 室溫,即得到所需氨气点火催化剂。
[0021] 优选地,通过调节步骤(5)的涂覆次数使得贵金属的含量为0.1wt%-0.5wt%或 0.5wt%-lwt%。
[0022] 优选地,所述步骤(1)中的贵金属为销或钮。
[0023] 本发明的另一方面,所述催化剂包括活性组分、助燃剂、分散剂和载体;所述活性 组分为销或钮的盐溶液或盐粉末;所述助燃剂为铜盐;所述分散剂为=氧化二侣胶体;所述 载体为多孔蜂窝状、球状、网状的耐高溫陶瓷或侣合金;所述活性组分中销或钮的含量为 0. lwt%-10wt%。
[0024] 本发明的另一方面,该催化剂适用于各种氨气催化点火场景;在气体燃烧过程中 所述催化剂本身溫度不超过500°C。
[0025] 本发明的有益效果:该制备方法制备的点火催化剂,与用销粉或销丝相比,成本较 低,仅需载体表面均匀分布及少量的销;从点火速度来讲,贵金属负载量越高点火速度越 快,但是负载量越高就意味着成本越高,所W在保证一定点火速度的情况下,尽可能降低成 本,所W本申请所选区间(0.5%-0.1%)是能够快速点火的临界区间,但是其他区间也是本 申请的保护要点。与溶胶法、化学沉积法、涂敷法等制备方法相比,制备方法简单,便于规模 化生产制备;且点火催化剂点火与电点火相比,寿命较长,就活性组分贵金属本身来说,催 化剂放置在燃烧炉上方,只做点火使用;点火后的燃烧在催化剂下方进行,催化剂自身溫度 不会超过500°C,无寿命期限;80-150°C下干燥能够快速脱去中间催化剂表面游离水,中间 催化剂内部水分也由内部小孔向大孔迁移,最终迁移至表面,脱去,同时内部活性组分也会 随水分迁移至中间催化剂表面。250-350°C下赔烧,选择此溫度段的原因在于:1)赔烧除去 此O.Al2〇3中结合水和硝酸锭盐中可挥发组分畑3;2)在此溫度下赔烧能够使活性组分具有 稳定的催化活性并维持一定的晶型颗粒大小;3)若赔烧溫度过高,可能会导致活性组分发 生烧结现象,导致催化剂失活或催化性能下降。赔烧时间的选择原因在于W下两点:1)赔烧 时间短:催化剂中结合水及可挥发组分N曲去除不充分,活性组分不稳定,催化剂性能不稳 定;2)适当赔烧时间使得催化剂中结合水及可挥发组分N出去除充分,催化剂活性组分达到 稳定状态,催化剂性能稳定。

[0026] 图1是点火催化剂制备过程示意图;
[0027] 图2是氨气点火催化剂在燃烧炉腔体中放置不同位置;
[0028] 图3是不同销盐配比(实施例1-3)制备点火催化剂点火时延对比图;
[0029] 图4是氨气催化点火过程溫度变化曲线图。

[0030] 为了更好地说明本发明,下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的 技术方案进行清楚、完整地描述。
[0031] -种氨气点火催化剂的制备方法,包括如下步骤:(1)将贵金属盐溶于去离子水得 到第一溶液;(2)再将铜盐溶于第一溶液中,得到第二溶液;(3)将=氧化二侣溶胶均匀分散 于去离子水中,得到第=溶液;(4)将第=溶液和第二溶液混合,混合均匀的溶液为第四溶 液;(5)将第四溶液涂覆于载体上,得到中间催化剂;(6)将中间催化剂干燥赔烧活化冷却后 得到所需氨气点火催化剂;所述步骤(1)中的贵金属为销或钮;通过调节步骤(5)的涂覆次 数使得贵金属的含量为〇.lwt%-10wt%。所述步骤(1)-(4)的溶解或混合通过加热、超声或 揽拌的方式加速溶解或混合。所述步骤(5)的载体为多孔蜂窝状、球状、网状的耐高溫陶瓷 或侣合金。所述步骤(5)的涂覆采用浸溃法、喷涂法和滴涂法中的一种。所述步骤(6)的干燥 赔烧活化冷却是将中间催化剂于室溫放置30-50min后,置于恒溫箱中,恒溫箱初始溫度设 为80-150°C,干燥1-2个小时,再将恒溫箱溫度设置为250-350°C,活化3-5个小时后冷却至 室溫,即得到所需氨气点火催化剂。所述步骤(6)的干燥赔烧活化冷却是将中间催化剂放入 鼓风干燥箱中先在80-150°C,干燥1-2个小时,再将恒溫箱溫度设置为250-350°C,活化3-5 个小时后冷却至室溫,即得到所需氨气点火催化剂。通过调节步骤(5)的涂覆次数使得贵金 属的含量为0. lwt%-〇.5wt%、0.5wt%-lwt%、lwt%-5wt%、5wt%-10wt% 中的一个区间。
[0032] 通过上述方法制备的氨气点火催化剂包括活性组分、助燃剂、分散剂和载体;所述 活性组分为销或钮的盐溶液或盐粉末;所述助燃剂为铜盐;所述分散剂为=氧化二侣胶体; 所述载体为多孔蜂窝状、球状、网状的耐高溫陶瓷或侣合金;所述活性组分中销或钮的含量 分别在0.1wt%-10wt%区间。该催化剂适用于各种氨气催化点火场景;在气体燃烧过程中 所述催化剂本身溫度不超过500°C。
[0033] 本发明通过调配催化剂配方中活性组分销盐或钮盐的含量,使得氨气点火催化剂 中销或钮的含量分别在0. lwt%-〇. 5wt%、0.5wt%-lwt%、lwt%-5wt%、5wt%-10wt% 区 间,如实施例1-6所示。该制备方法简单,便于操作及便于大规模生产。整个过程主要分W下 =步,如图1所示,即销盐或钮盐溶液的制备,载体浸溃在催化剂溶液中,赔烧活化催化剂。
[0034] 将W上不同配比制备的氨气点火催化剂用于本公司发明专利201510707749.4所 述甲醇制氨机系统中,做氨气催化点火试验,通过将溫度传感器固定于氨气点火催化剂上, 用于监测该催化剂的溫度变化,从而监测该催化剂的点火时延。其原理是当氨气最初被销 或钮吸附时,加快氧化速度,如图4所示a段,监测到该催化剂溫度迅速升高,达到氨气正常 点火溫度点A点(500°C W上);之后,进入b段,氨氧进入正常氧化还原反应,若氨气和氧气持 续、不间断供应时,溫度迅速下降至一定的溫度至稳定状态。通过此方式验证,将氨气点火 催化剂置于燃烧炉上方,仅做点火使用,点火后的燃烧在该催化剂下方进行,W上四种配比 制备的氨气点火催化剂均能点火成功,同时该催化剂自身溫度不会超过50(TC,无寿命期限 的限制。
[0035] 将氨气点火催化剂在甲醇重整燃烧炉不同位置做催化点火试验,如图2所示,=个 不同位置,均能成功点火。
[0036] 实施例1
[0037] 实验条件:采用内径?90mm、高度450mm燃烧炉腔体,如图2所示,由底部燃料入口 通入70L/min流量、氨气摩尔含量42%的混合气体,氨气点火催化剂置于图2中位置1。其中 氨气点火催化剂为配制时销含量为5wt%-10wt%,该催化剂点火成功率为100% (每个样品 点火十次),一致性较高(各取样五个,均无点火失败现象)。同时对试验时点火溫度及时延 进行了监测,该催化剂点火时延较短,如图3中"溫度r所示,在起始溫度163°C条件下,同时 通入氨气和空气,约2分钟40秒点火成功,且点火溫度曲线可测得。
[003引实施例2
[0039] 实验条件:采用内径?90mm、高度450mm燃烧炉腔体,如图2所示,由底部燃料入口 通入70L/min流量、氨气摩尔含量42%的混合气体,氨气点火催化剂置于图2中位置1。其中 该催化剂为配制时销含量为5wt%-lwt%,该催化剂点火成功率为100% (每个样品点火十 次),一致性较高(各取样五个,均无点火失败现象)。同时对试验时点火溫度及时延进行了 监测,该催化剂点火时延较短,如图3中"溫度2"所示,在起始溫度163°C条件下,同时通入氨 气和空气,约3分钟18秒点火成功,且点火溫度曲线可测得。
[0040] 实施例3
[0041] 实验条件:采用内径?90mm、高度450mm燃烧炉腔体,如图2所示,由底部燃料入口 通入70L/min流量、氨气摩尔含量42%的混合气体,氨气点火催化剂置于图2中位置1。其中 该催化剂为配制时销含量为〇.5wt%-lwt%,该催化剂点火成功率为100%(每个样品点火 十次),一致性较高(各取样五个,均无点火失败现象)。同时对试验时点火溫度及时延进行 了监测,该催化剂点火时延较短,如图3中"溫度3"所示,在起始溫度210°C条件下,同时通入 氨气和空气,约3分钟48秒点火成功,且点火溫度曲线可测得。
[0042] 实施例4
[0043] 实验条件:采用内径?90mm、高度450mm燃烧炉腔体,如图2所示,由底部燃料入口 通入70L/min流量、氨气摩尔含量42%的混合气体,氨气点火催化剂置于图2中位置1。其中 该催化剂为配制时销含量为0. lwt%-0.5wt%,该催化剂点火成功率为80% (每个样品点火 十次),一致性稍低(取样五个,一个失败)。同时对试验时点火溫度及时延进行了监测,该催 化剂点火时延较长,约5分钟(秒表监测时延),且点火溫度曲线未探测到。
[0044] W上实施例1-4实验情况可通过下表1对比,清楚了解结果。
[0045] 表1.不同销含量制备的氨气点火催化剂点火情况对比
[0046]
[0047]
[004引实施例5
[0049]本实施例采用与实施例1至实施例4同样条件,仅将实施例1至实施例4中销换做 钮,其实验情况与销制备催化剂相比,同样活性组分配比下,点火时延均略长于销制备催化 剂,其他无区别。
[00加]实施例6
[0051] 本实施例通过将足够量的燃料气混合氨气和空气通入如图2所示的燃烧炉腔体, 将氨气点火催化剂分别置于位置1、位置2和位置3S个位置,分别进行点火测试。测试时在 氨气点火催化剂上固定耐高溫热电偶,热电偶溫度变化,探测该催化剂催化点火时延及稳 定性,=个位置均能成功点火,且点火时延基本相同。从对氨气点火催化剂合理使用的长期 性能来看,位置1和位置2长期处于一种高溫状态,较容易使氨气点火催化剂中的贵金属发 生烧结,从而影响其性能,因此位置3为最佳放置位置。
[0052] 该制备方法制备的氨气点火催化剂,与用销粉或销丝相比,成本较低,仅需载体表 面均匀分布及少量的销;与溶胶法、化学沉积法、涂敷法等制备方法相比,制备方法简单,便 于规模化生产制备;且氨气点火催化剂点火与电点火相比,寿命较长,就活性组分贵金属本 身来说,本申请的氨气点火催化剂放置在燃烧炉上方,只做点火使用;点火后的燃烧在该催 化剂下方进行,催化剂自身溫度不会超过500°C,无寿命期限限制。
[0053] W上所述,仅为本发明较佳的,但本发明的保护范围并不局限于此, 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换, 都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该W权利要求书的保护 范围为准。

1. 一种氢气点火催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤: (1) 将贵金属盐溶于去离子水得到第一溶液; (2) 再将镧盐溶于第一溶液中,得到第二溶液; (3) 将三氧化二铝溶胶均匀分散于去离子水中,得到第三溶液; (4) 将第三溶液和第二溶液混合,混合均匀的溶液为第四溶液; (5) 将第四溶液涂覆于载体上,得到中间催化剂; (6) 将中间催化剂干燥焙烧活化冷却后得到所需氢气点火催化剂; 通过调节步骤(5)的涂覆次数使得贵金属的含量为0. lwt%-10wt%。2. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)-(4)的溶解或混合通过 加热、超声或搅拌的方式加速溶解或混合。3. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)的载体为多孔蜂窝状、球 状、网状的耐高温陶瓷或铝合金。4. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)的涂覆采用浸渍法、喷涂 法和滴涂法中的一种。5. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(6)的干燥焙烧活化冷却是 将中间催化剂于室温放置30_50min后,置于恒温箱中,恒温箱初始温度设为80-150°C,干燥 1-2个小时,再将恒温箱温度设置为250-350°C,活化3-5个小时后冷却至室温,即得到所需 氢气点火催化剂。6. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(6)的干燥焙烧活化冷却是 将中间催化剂放入鼓风干燥箱中先在80-150°C,干燥1-2个小时,再将恒温箱温度设置为 250-350°C,焙烧活化3-5个小时后冷却至室温,即得到所需氢气点火催化剂。7. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,通过调节步骤(5)的涂覆次数使得贵 金属的含量为〇.1界1:%-〇.5¥1:%或0.5¥1:%-1¥1:%。8. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述贵金属为铂或钯。9. 一种根据权利要求1-8任一所述方法制备的氢气点火催化剂,其特征在于,所述氢气 点火催化剂包括活性组分、助燃剂、分散剂和载体;所述活性组分为铂或钯的盐溶液或盐粉 末;所述助燃剂为镧盐;所述分散剂为三氧化二铝胶体;所述载体为多孔蜂窝状、球状、网状 的耐高温陶瓷或铝合金;所述活性组分中铂或钯的含量在0. lwt %-10wt %区间。10. 根据权利要求9所述氢气点火催化剂的用途,其特征在于,该氢气点火催化剂适用 于各种氢气催化点火场景;在气体燃烧过程中所述催化剂本身温度不超过500°C。
B01J23/63GK106031870SQ201610015625
2016年10月19日
2016年1月11日
朱俊娥, 欧阳洵
江苏耀扬新能源科技有限公司

分享一种氢气点火催化剂及其制备方法和用图的相关内容如下: