《一种载氧催化膜转化水蒸气制取氢气的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种载氧催化膜转化水蒸气制取氢气的方法.pdf（6页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102431970 A(43)申请公布日 2012.05.02CN102431970A*CN102431970A*(21)申请号 201110268359.3(22)申请日 2011.09.13C01B 3/40(2006.01)(71)申请人昆明理工大学地址 650093 云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人李孔斋 王华 杜云鹏 魏永刚祝星 段月娟 程显名(54) 发明名称一种载氧催化膜转化水蒸气制取氢气的方法(57) 摘要本发明提供一种载氧催化膜转化水蒸气制取氢气的方法，将水蒸气作为反应原料气从载氧催化膜的一侧通入，同时将还原气体从载氧催化膜的另一侧通入。
2、，其中载氧催化膜的厚度为13mm，每mm2载氧催化膜通过水蒸气的流量为0.0120.082Ncm3min-1，每mm2载氧催化膜通过还原气体的流量为0.0080.076Ncm3min-1，同时在反应压力为12atm，温度为8001000下反应0.550小时，在通入原料气的载氧催化膜一侧进行收集，即得氢气。本发明的工艺流程短，设备简单，比传统的制氢气途径成本低、环境效益好。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页CN 102431973 A 1/1页21.一种载氧催化膜转化水蒸气制取氢气的方法，其特征在于经过下列步骤：将水蒸。
3、气作为反应原料气从载氧催化膜的一侧通入，同时将还原气体从载氧催化膜的另一侧通入，其中载氧催化膜的厚度为13mm，每mm2载氧催化膜通过水蒸气的流量为0.0120.082Ncm3min-1，每mm2载氧催化膜通过还原气体的流量为0.0080.076Ncm3min-1，同时在反应压力为12atm，温度为8001000下反应0.550小时，在通入原料气的载氧催化膜一侧进行收集，即得氢气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述还原气体为含碳和氢的有机气体，包括甲烷、乙烷。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述在通入还原气体的载氧催化膜一侧进行收集，得到副产物合成气，并回收利用。权 。
4、利 要 求 书CN 102431970 ACN 102431973 A 1/4页3一种载氧催化膜转化水蒸气制取氢气的方法技术领域0001 本发明涉及一种以水蒸气为原料利用载氧催化膜连续生产氢气的方法，属于化学制备领域。背景技术0002 能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，对能源的开发利用从过去以木材、煤为主的固体燃料时代逐渐转向当今以石油、烃类等为主的液体燃料时代。然而随着石油价格的攀升和石油资源逐渐枯竭，人类对清洁可再生能源的需求更加迫切。氢能即是一种理想的低污染或零污染的洁净可再生能源。与传统化石燃料相比氢具有资源丰富、可再生性、环保高效等优点，可以满足环境资源与社会经济可持续发展的需。
5、要。作为未来的重要的二次能源与绿色能源，世界各国都大量的投入人力和物力对氢能的开发与应用进行研究，氢能在各个领域的应用也变得越来越广泛。0003 氢能作为未来的理想能源其制备方法目前较多，形成规模化的主要有：含烃化石燃料转化制氢、电解水制氢等。除此外还有光解水制氢、生物制氢、热化学制氢等，该类方法目前虽未规模化，却代表着氢能制备新技术发展的方向。目前，世界上约95的氢是通过含烃化石燃料转化制备，而这其中最具规模化的工艺是天然气蒸汽重整（CH4+H2OCO+3H2），该过程生产技术较为成熟，但能耗和生产成本都高，设备投资大，产物为一氧化碳（CO）和氢气（H2）的混合气体，如要单独利用其中的氢气（。
6、H2），就势必增加分离成本。因此研究开发廉价的制氢新工艺或其它制氢新技术具有重大意义。发明内容0004 为解决原料资源不足、能源消耗高、设备投资大等问题，本发明提供一种载氧催化膜转化水蒸气连续生产氢气的方法，以实现反应绿色、连续、稳定、安全，能较好地解决已有技术存在的不足，大大拓展氢能的来源，实现环境效益最大化。0005 本发明通过下列技术方案实现：一种载氧催化膜转化水蒸气制取氢气的方法，经过下列步骤：将水蒸气作为反应原料气从载氧催化膜的一侧通入，同时将还原气体从载氧催化膜的另一侧通入，其中载氧催化膜的厚度为13mm，每mm2载氧催化膜通过水蒸气的流量为0.0120.082Ncm3min-1，。
7、每mm2载氧催化膜通过还原气体的流量为0.0080.076Ncm3min-1，同时在反应压力为12atm，温度为8001000下反应0.550小时，在通入原料气的载氧催化膜一侧进行收集，即得氢气。0006 所述还原气体为含碳和氢的有机气体，包括甲烷、乙烷。0007 所述在通入还原气体的载氧催化膜一侧进行收集，得到副产物合成气，并回收利用。0008 所述载氧催化膜是通过下列各步骤制得的：A将稀土金属盐溶于水，制成浓度为0.054mol/L的稀土金属盐溶液；若稀土金属说 明 书CN 102431970 ACN 102431973 A 2/4页4盐为几种时，分别将每种稀土金属盐配制成浓度为0.054。
8、mol/L的溶液，再将各稀土金属盐溶液混合均匀；B将步骤A的溶液用沉淀剂进行沉淀，使其生成稀土金属氢氧化物，将沉淀后的稀土金属氢氧化物用水进行洗涤、抽滤，直至pH值为7，制得载氧催化膜的前躯体；C将步骤B的载氧催化膜前躯体进行在温度为90200下干燥824h；干燥后在温度为250350下预焙烧24h；再将预焙烧后的固体进行粉碎，并在温度为8001100下高温焙烧610h；最后将高温焙烧后的固体粉碎，以压力为4080MPa压制成型，即为载氧催化膜。0009 所述步骤A的稀土金属盐为能溶于水的金属盐，包括硝酸铽、硝酸铈、硝酸镨、硝酸锆、氟化铈、氯化镨、氯化锆中的一种或几种。0010 所述步骤B的沉。
9、淀剂为可溶性碱溶液，其浓度为0.054 mol/L。0011 所述沉淀剂优选浓度为0.054 mol/L的NaOH溶液，或者浓度为0.14 mol/L的氨水。0012 本方法中载氧催化膜的一侧将还原气体部分氧化为合成气，此时还原气体作为还原剂，以稀土复合氧化物作为载氧催化膜，稀土复合氧化物中的晶格氧在进行还原气体的部分氧化过程中不断失去，造成氧化物的金属价态降低，晶粒内存在更多的氧缺陷和氧空位；同时在水蒸气作用下，另一侧载氧催化膜进行再生生成氢气，此时水蒸气作为氧化剂使金属价态升高，不断地恢复晶粒中的氧缺陷和氧空位；还原过程和氧化过程同时进行，采用合适的气体流量使体系达到动态平衡；即可分别生成。
10、的合成气和氢气。0013 本发明的优点和效果：本发明的整个过程以水蒸气为原料，原料来源丰富，尾气只有未反应的水蒸气和氢气，且氢气纯度接近100%，大大节约了分离成本，便于直接利用。载氧催化膜集载氧和催化功能于一体，可进行连续生产，降低生产成本。氢气燃烧生成水，再以水蒸汽为生产氢气的原料，整个能源利用过程完全绿色、可再生，有巨大的环境效益。具体实施方式0014 实施例1制备载氧催化膜：A将工业纯硝酸镨和硝酸锆分别溶于水，分别制成浓度为1mol/L的稀土金属盐溶液；再将硝酸镨溶液和硝酸锆溶液混合均匀；B将步骤A的溶液用浓度为1mol/L的NaOH溶液进行沉淀，使其生成稀土金属氢氧化物，将沉淀后的稀。
11、土金属氢氧化物用水进行洗涤、抽滤，直至pH值为7，制得载氧催化膜的前躯体；C将步骤B的载氧催化膜前躯体进行在温度为110下干燥12h；干燥后在温度为300下预焙烧2h；再将预焙烧后的固体进行粉碎，并在温度为900下高温焙烧8h；最后将高温焙烧后的固体粉碎，以压力为60MPa压制成型，制得载氧催化膜。0015 将水蒸气作为反应原料气从上述得到的载氧催化膜的一侧通入，同时将还原气体甲烷从载氧催化膜的另一侧通入，其中载氧催化膜的厚度为3mm，每mm2载氧催化膜通过水蒸气的流量为0.047Ncm3min-1，每mm2载氧催化膜通过还原气体的流量为0.008Ncm3min-1，同时在反应压力为1atm，。
12、温度为800下反应2小时，在通入原料气的载说 明 书CN 102431970 ACN 102431973 A 3/4页5氧催化膜一侧进行收集，即得氢气；在通入还原气体的载氧催化膜一侧进行收集，得到副产物合成气，并回收利用。0016 反应从第23分钟开始稳定，氢气的总体积含量占尾气的98.6%；连续反应至120分钟，尾气中各组分含量稳定，膜的催化活性及强度未见下降。0017 实施例2制备载氧催化膜：A将分析纯硝酸铈、氯化锆分别溶于水，分别制成浓度为3mol/L的稀土金属盐溶液，再将硝酸铈溶液、氯化锆溶液混合均匀；B将步骤A的溶液用浓度为4mol/L的氨水进行沉淀，使其生成稀土金属氢氧化物，将沉淀。
13、后的稀土金属氢氧化物用水进行洗涤、抽滤，直至pH值为7，制得载氧催化膜的前躯体；C将步骤B的载氧催化膜前躯体进行在温度为120下干燥18h；干燥后在温度为300下预焙烧2h；再将预焙烧后的固体进行粉碎，并在温度为800下高温焙烧8h；最后将高温焙烧后的固体粉碎，以压力为40MPa压制成型，制得载氧催化膜。0018 将水蒸气作为反应原料气从上述得到的载氧催化膜的一侧通入，同时将还原气体甲烷从载氧催化膜的另一侧通入，其中载氧催化膜的厚度为1mm，每mm2载氧催化膜通过水蒸气的流量为0.082Ncm3min-1，每mm2载氧催化膜通过还原气体的流量为0.076Ncm3min-1，同时在反应压力为2a。
14、tm，温度为850下反应10小时，在通入原料气的载氧催化膜一侧进行收集，即得氢气；在通入还原气体的载氧催化膜一侧进行收集，得到副产物合成气，并回收利用。0019 反应从第18分钟开始稳定，产物氢气浓度为99.1%；连续反应至10小时，尾气中各组分含量稳定，膜的催化活性及强度未见下降。0020 实施例3制备载氧催化膜：A将分析纯硝酸铽、硝酸铈、硝酸锆分别溶于水，分别制成浓度为0.5mol/L的稀土金属盐溶液，再将硝酸铽溶液、硝酸铈溶液、硝酸锆溶液混合均匀；B将步骤A的溶液用浓度为0.1mol/L的氨水进行沉淀，使其生成稀土金属氢氧化物，将沉淀后的稀土金属氢氧化物用水进行洗涤、抽滤，直至pH值为7。
15、，制得载氧催化膜的前躯体；C将步骤B的载氧催化膜前躯体进行在温度为120下干燥18h；干燥后在温度为300下预焙烧2h；再将预焙烧后的固体进行粉碎，并在温度为800下高温焙烧8h；最后将高温焙烧后的固体粉碎，以压力为40MPa压制成型，制得载氧催化膜。0021 将水蒸气作为反应原料气从上述得到的载氧催化膜的一侧通入，同时将还原气体甲烷从载氧催化膜的另一侧通入，其中载氧催化膜的厚度为2mm，每mm2载氧催化膜通过水蒸气的流量为0.082Ncm3min-1，每mm2载氧催化膜通过还原气体的流量为0.076Ncm3min-1，同时在反应压力为2atm，温度为950下反应50小时，在通入原料气的载氧催。
16、化膜一侧进行收集，即得氢气；在通入还原气体的载氧催化膜一侧进行收集，得到副产物合成气，并回收利用。0022 反应从第9分钟开始稳定，产物氢气的浓度为99.6%；连续反应50小时，尾气中各说 明 书CN 102431970 ACN 102431973 A 4/4页6组分含量稳定，膜的催化活性及强度未见下降。0023 实施例4制备载氧催化膜：A将工业纯氯化镨溶于水，制成浓度为0.05mol/L的稀土金属盐溶液；B将步骤A的溶液用浓度为0.05mol/L的NaOH溶液进行沉淀，使其生成稀土金属氢氧化物，将沉淀后的稀土金属氢氧化物用水进行洗涤、抽滤，直至pH值为7，制得载氧催化膜的前躯体；C将步骤B的。
17、载氧催化膜前躯体进行在温度为200下干燥8h；干燥后在温度为250下预焙烧4h；再将预焙烧后的固体进行粉碎，并在温度为1000下高温焙烧10h；最后将高温焙烧后的固体粉碎，以压力为50MPa压制成型，制得载氧催化膜。0024 将水蒸气作为反应原料气从上述得到的载氧催化膜的一侧通入，同时将还原气体乙烷）从载氧催化膜的另一侧通入，其中载氧催化膜的厚度为3mm，每mm2载氧催化膜通过水蒸气的流量为0.012Ncm3min-1，每mm2载氧催化膜通过还原气体的流量为0.0042Ncm3min-1，同时在反应压力为1atm，温度为1000下反应0.5小时，在通入原料气的载氧催化膜一侧进行收集，即得氢气；在通入还原气体的载氧催化膜一侧进行收集，得到副产物合成气，并回收利用。0025 反应从第16分钟开始稳定，产物氢气的浓度为94.2%；连续反应0.5小时，尾气中各组分含量稳定，膜的催化活性及强度未见下降。说 明 书CN 102431970 A。