一種氫氣點火催化劑及其制備方法和用圖
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氫氣點火催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將貴金屬鹽溶于去離子水得到第一溶液；(2)再將鑭鹽溶于第一溶液中，得到第二溶液；(3)將三氧化二鋁溶膠均勻分散于去離子水中，得到第三溶液；(4)將第三溶液和第二溶液混合，混合均勻的溶液為第四溶液；(5)將第四溶液涂覆于載體上，得到中間催化劑；(6)將中間催化劑干燥焙燒活化冷卻后得到所需氫氣點火催化劑；所述步驟(1)中的貴金屬為鉑或鈀；通過調(diào)節(jié)步驟(5)的涂覆次數(shù)使得貴金屬的含量為0.1wt％-10wt％。本發(fā)明的方法便于規(guī)模化生產(chǎn)制備，同時本方法制備的催化劑壽命長。
【專利說明】
-種氨氣點火催化劑及其制備方法和用途
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種點火催化劑的制備方法及點火催化劑在甲醇重整制氨技術(shù)上的 應(yīng)用，具體而言，設(shè)及一種氨氣快速催化點火的點火催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在工業(yè)應(yīng)用、航空航天應(yīng)用及生活生產(chǎn)應(yīng)用中，可燃氣體點火方式有多種， 大多基于電點火（電加熱棒或電打火)式，或貴金屬催化點火的方式。電打火方式技術(shù)成熟， 且可靠性較高，但需要配置相應(yīng)的電源用于啟動點火的電能，使用壽命和次數(shù)受限。貴金屬 催化點火方式最初始于銷絲，之后發(fā)展為銷粉，后來發(fā)展為貴金屬復(fù)合物，且將貴金屬附著 在催化劑載體(例如氧化侶、氧化娃等)上，作為點火催化劑使用。電點火的方式有電加熱棒 化eater igniter)和電打火（spark igniter)兩種方式；另外，如果一個維持火苗（pilot f lame)，無需電打火。當(dāng)然維持火苗第一次點火還是需要電點火的。
[0003] 正常情況下，氨氣與氧氣發(fā)生反應(yīng)所需溫度在500°C W上，此時氨氣分子由于在高 溫條件下增加了分子間發(fā)生自由碰撞的幾率，呈現(xiàn)出高能量狀態(tài)，從而能夠與氧氣發(fā)生氧 化反應(yīng)。但在催化劑存在條件下，氨氧復(fù)合反應(yīng)的活化能降低，使得氨氣分子在較低的能量 狀態(tài)下也能夠與與氧氣發(fā)生復(fù)合反應(yīng)。即氨氣被金屬離子吸附時，氨原子被活化，吸附在金 屬離子上的氨原子或氨離子在較溫和的條件下，進一步與氧氣發(fā)生反應(yīng)?；赪上原理，催 化點火被廣泛應(yīng)用。
[0004] 通常負載型貴金屬點火催化劑制備技術(shù)采用浸潰法、涂敷法及化學(xué)沉積法、膠體 法等技術(shù)，然而化學(xué)沉積法、膠體法等技術(shù)制備過程復(fù)雜，不便于批量化生產(chǎn)，較適用于實 驗室，涂敷法適用于做膜類，浸潰法適合于各種情況，且相對較為簡單，適于批量生產(chǎn)。
[0005] 本發(fā)明專利基于W上原因及本公司自主研發(fā)甲醇重整制氨技術(shù)的優(yōu)化，設(shè)計了一 種采用簡單制備點火催化劑的方法。該方法通過調(diào)配貴金屬含量，制備了一種高效的氨氣 點火催化劑，并將該催化劑用于甲醇重整制氨技術(shù)上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有氨氣點火催化技術(shù)中存在的部分問題，提供一種氨氣點 火催化劑及其制備方法和用途。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[000引一種氨氣點火催化劑的制備方法，包括如下步驟：
[0009] (1)將貴金屬鹽溶于去離子水得到第一溶液；
[0010] (2)再將銅鹽溶于第一溶液中，得到第二溶液；
[0011] (3)將=氧化二侶溶膠均勻分散于去離子水中，得到第=溶液；
[0012 ] (4)將第=溶液和第二溶液混合，混合均勻的溶液為第四溶液；
[001 ：3 ] (5)將第四溶液涂覆于載體上，得到中間催化劑；
[0014] (6)將中間催化劑干燥賠燒活化冷卻后得到所需氨氣點火催化劑；
[0015] 通過調(diào)節(jié)步驟(5)的涂覆次數(shù)使得貴金屬的含量為0. lwt%-10wt%。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟(1)-(4)的溶解或混合通過加熱、超聲或攬拌的方式加速溶解或 混合。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟(5)的載體為多孔蜂窩狀、球狀、網(wǎng)狀的耐高溫陶瓷或侶合金。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟(5)的涂覆采用浸潰法、噴涂法和滴涂法中的一種。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟(6)的干燥賠燒活化冷卻是將中間催化劑于室溫放置30-50min 后，置于恒溫箱中，恒溫箱初始溫度設(shè)為80-150°C，干燥1-2個小時，再將恒溫箱溫度設(shè)置為 250-350°C，活化3-5個小時后冷卻至室溫，即得到所需氨氣點火催化劑。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟(6)的干燥賠燒活化冷卻是將中間催化劑放入鼓風(fēng)干燥箱中先 在80-150°C，干燥1-2個小時，再將恒溫箱溫度設(shè)置為250-350°C，活化3-5個小時后冷卻至 室溫，即得到所需氨氣點火催化劑。
[0021] 優(yōu)選地，通過調(diào)節(jié)步驟（5)的涂覆次數(shù)使得貴金屬的含量為0.1wt%-0.5wt%或 0.5wt%-lwt%。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟(1)中的貴金屬為銷或鈕。
[0023] 本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括活性組分、助燃劑、分散劑和載體;所述活性 組分為銷或鈕的鹽溶液或鹽粉末;所述助燃劑為銅鹽;所述分散劑為=氧化二侶膠體;所述 載體為多孔蜂窩狀、球狀、網(wǎng)狀的耐高溫陶瓷或侶合金;所述活性組分中銷或鈕的含量為 0. lwt%-10wt%。
[0024] 本發(fā)明的另一方面，該催化劑適用于各種氨氣催化點火場景;在氣體燃燒過程中 所述催化劑本身溫度不超過500°C。
[0025] 本發(fā)明的有益效果:該制備方法制備的點火催化劑，與用銷粉或銷絲相比，成本較 低，僅需載體表面均勻分布及少量的銷；從點火速度來講，貴金屬負載量越高點火速度越 快，但是負載量越高就意味著成本越高，所W在保證一定點火速度的情況下，盡可能降低成 本，所W本申請所選區(qū)間(0.5%-0.1%)是能夠快速點火的臨界區(qū)間，但是其他區(qū)間也是本 申請的保護要點。與溶膠法、化學(xué)沉積法、涂敷法等制備方法相比，制備方法簡單，便于規(guī)模 化生產(chǎn)制備;且點火催化劑點火與電點火相比，壽命較長，就活性組分貴金屬本身來說，催 化劑放置在燃燒爐上方，只做點火使用；點火后的燃燒在催化劑下方進行，催化劑自身溫度 不會超過500°C，無壽命期限；80-150°C下干燥能夠快速脫去中間催化劑表面游離水，中間 催化劑內(nèi)部水分也由內(nèi)部小孔向大孔遷移，最終遷移至表面，脫去，同時內(nèi)部活性組分也會 隨水分遷移至中間催化劑表面。250-350°C下賠燒，選擇此溫度段的原因在于：1)賠燒除去 此O.Al2〇3中結(jié)合水和硝酸錠鹽中可揮發(fā)組分畑3;2)在此溫度下賠燒能夠使活性組分具有 穩(wěn)定的催化活性并維持一定的晶型顆粒大??；3)若賠燒溫度過高，可能會導(dǎo)致活性組分發(fā) 生燒結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致催化劑失活或催化性能下降。賠燒時間的選擇原因在于W下兩點：1)賠燒 時間短:催化劑中結(jié)合水及可揮發(fā)組分N曲去除不充分，活性組分不穩(wěn)定，催化劑性能不穩(wěn) 定;2)適當(dāng)賠燒時間使得催化劑中結(jié)合水及可揮發(fā)組分N出去除充分，催化劑活性組分達到 穩(wěn)定狀態(tài)，催化劑性能穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0026] 圖1是點火催化劑制備過程示意圖；
[0027] 圖2是氨氣點火催化劑在燃燒爐腔體中放置不同位置；
[0028] 圖3是不同銷鹽配比（實施例1-3)制備點火催化劑點火時延對比圖；
[0029] 圖4是氨氣催化點火過程溫度變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0030] 為了更好地說明本發(fā)明，下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的 技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0031] -種氨氣點火催化劑的制備方法，包括如下步驟：（1)將貴金屬鹽溶于去離子水得 到第一溶液；（2)再將銅鹽溶于第一溶液中，得到第二溶液；（3)將=氧化二侶溶膠均勻分散 于去離子水中，得到第=溶液；（4)將第=溶液和第二溶液混合，混合均勻的溶液為第四溶 液；（5)將第四溶液涂覆于載體上，得到中間催化劑；（6)將中間催化劑干燥賠燒活化冷卻后 得到所需氨氣點火催化劑;所述步驟（1)中的貴金屬為銷或鈕;通過調(diào)節(jié)步驟(5)的涂覆次 數(shù)使得貴金屬的含量為〇.lwt%-10wt%。所述步驟(1)-(4)的溶解或混合通過加熱、超聲或 攬拌的方式加速溶解或混合。所述步驟(5)的載體為多孔蜂窩狀、球狀、網(wǎng)狀的耐高溫陶瓷 或侶合金。所述步驟(5)的涂覆采用浸潰法、噴涂法和滴涂法中的一種。所述步驟(6)的干燥 賠燒活化冷卻是將中間催化劑于室溫放置30-50min后，置于恒溫箱中，恒溫箱初始溫度設(shè) 為80-150°C，干燥1-2個小時，再將恒溫箱溫度設(shè)置為250-350°C，活化3-5個小時后冷卻至 室溫，即得到所需氨氣點火催化劑。所述步驟(6)的干燥賠燒活化冷卻是將中間催化劑放入 鼓風(fēng)干燥箱中先在80-150°C，干燥1-2個小時，再將恒溫箱溫度設(shè)置為250-350°C，活化3-5 個小時后冷卻至室溫，即得到所需氨氣點火催化劑。通過調(diào)節(jié)步驟(5)的涂覆次數(shù)使得貴金 屬的含量為0. lwt%-〇.5wt%、0.5wt%-lwt%、lwt%-5wt%、5wt%-10wt% 中的一個區(qū)間。
[0032] 通過上述方法制備的氨氣點火催化劑包括活性組分、助燃劑、分散劑和載體;所述 活性組分為銷或鈕的鹽溶液或鹽粉末;所述助燃劑為銅鹽;所述分散劑為=氧化二侶膠體； 所述載體為多孔蜂窩狀、球狀、網(wǎng)狀的耐高溫陶瓷或侶合金;所述活性組分中銷或鈕的含量 分別在0.1wt%-10wt%區(qū)間。該催化劑適用于各種氨氣催化點火場景;在氣體燃燒過程中 所述催化劑本身溫度不超過500°C。
[0033] 本發(fā)明通過調(diào)配催化劑配方中活性組分銷鹽或鈕鹽的含量，使得氨氣點火催化劑 中銷或鈕的含量分別在0. lwt%-〇. 5wt%、0.5wt%-lwt%、lwt%-5wt%、5wt%-10wt% 區(qū) 間，如實施例1-6所示。該制備方法簡單，便于操作及便于大規(guī)模生產(chǎn)。整個過程主要分W下 =步，如圖1所示，即銷鹽或鈕鹽溶液的制備，載體浸潰在催化劑溶液中，賠燒活化催化劑。
[0034] 將W上不同配比制備的氨氣點火催化劑用于本公司發(fā)明專利201510707749.4所 述甲醇制氨機系統(tǒng)中，做氨氣催化點火試驗，通過將溫度傳感器固定于氨氣點火催化劑上， 用于監(jiān)測該催化劑的溫度變化，從而監(jiān)測該催化劑的點火時延。其原理是當(dāng)氨氣最初被銷 或鈕吸附時，加快氧化速度，如圖4所示a段，監(jiān)測到該催化劑溫度迅速升高，達到氨氣正常 點火溫度點A點（500°C W上）；之后，進入b段，氨氧進入正常氧化還原反應(yīng)，若氨氣和氧氣持 續(xù)、不間斷供應(yīng)時，溫度迅速下降至一定的溫度至穩(wěn)定狀態(tài)。通過此方式驗證，將氨氣點火 催化劑置于燃燒爐上方，僅做點火使用，點火后的燃燒在該催化劑下方進行，W上四種配比 制備的氨氣點火催化劑均能點火成功，同時該催化劑自身溫度不會超過50(TC，無壽命期限 的限制。
[0035] 將氨氣點火催化劑在甲醇重整燃燒爐不同位置做催化點火試驗，如圖2所示，=個 不同位置，均能成功點火。
[0036] 實施例1
[0037] 實驗條件:采用內(nèi)徑?90mm、高度450mm燃燒爐腔體，如圖2所示，由底部燃料入口 通入70L/min流量、氨氣摩爾含量42%的混合氣體，氨氣點火催化劑置于圖2中位置1。其中 氨氣點火催化劑為配制時銷含量為5wt%-10wt%，該催化劑點火成功率為100% (每個樣品 點火十次），一致性較高（各取樣五個，均無點火失敗現(xiàn)象）。同時對試驗時點火溫度及時延 進行了監(jiān)測，該催化劑點火時延較短，如圖3中"溫度r所示，在起始溫度163°C條件下，同時 通入氨氣和空氣，約2分鐘40秒點火成功，且點火溫度曲線可測得。
[003引實施例2
[0039] 實驗條件:采用內(nèi)徑?90mm、高度450mm燃燒爐腔體，如圖2所示，由底部燃料入口 通入70L/min流量、氨氣摩爾含量42%的混合氣體，氨氣點火催化劑置于圖2中位置1。其中 該催化劑為配制時銷含量為5wt%-lwt%，該催化劑點火成功率為100% (每個樣品點火十 次），一致性較高(各取樣五個，均無點火失敗現(xiàn)象）。同時對試驗時點火溫度及時延進行了 監(jiān)測，該催化劑點火時延較短，如圖3中"溫度2"所示，在起始溫度163°C條件下，同時通入氨 氣和空氣，約3分鐘18秒點火成功，且點火溫度曲線可測得。
[0040] 實施例3
[0041] 實驗條件:采用內(nèi)徑?90mm、高度450mm燃燒爐腔體，如圖2所示，由底部燃料入口 通入70L/min流量、氨氣摩爾含量42%的混合氣體，氨氣點火催化劑置于圖2中位置1。其中 該催化劑為配制時銷含量為〇.5wt%-lwt%，該催化劑點火成功率為100%(每個樣品點火 十次），一致性較高（各取樣五個，均無點火失敗現(xiàn)象）。同時對試驗時點火溫度及時延進行 了監(jiān)測，該催化劑點火時延較短，如圖3中"溫度3"所示，在起始溫度210°C條件下，同時通入 氨氣和空氣，約3分鐘48秒點火成功，且點火溫度曲線可測得。
[0042] 實施例4
[0043] 實驗條件:采用內(nèi)徑?90mm、高度450mm燃燒爐腔體，如圖2所示，由底部燃料入口 通入70L/min流量、氨氣摩爾含量42%的混合氣體，氨氣點火催化劑置于圖2中位置1。其中 該催化劑為配制時銷含量為0. lwt%-0.5wt%，該催化劑點火成功率為80% (每個樣品點火 十次），一致性稍低(取樣五個，一個失敗）。同時對試驗時點火溫度及時延進行了監(jiān)測，該催 化劑點火時延較長，約5分鐘(秒表監(jiān)測時延），且點火溫度曲線未探測到。
[0044] W上實施例1-4實驗情況可通過下表1對比，清楚了解結(jié)果。
[0045] 表1.不同銷含量制備的氨氣點火催化劑點火情況對比
[0046]
[0047]
[004引實施例5
[0049]本實施例采用與實施例1至實施例4同樣條件，僅將實施例1至實施例4中銷換做 鈕，其實驗情況與銷制備催化劑相比，同樣活性組分配比下，點火時延均略長于銷制備催化 劑，其他無區(qū)別。
[00加]實施例6
[0051] 本實施例通過將足夠量的燃料氣混合氨氣和空氣通入如圖2所示的燃燒爐腔體， 將氨氣點火催化劑分別置于位置1、位置2和位置3S個位置，分別進行點火測試。測試時在 氨氣點火催化劑上固定耐高溫?zé)犭娕迹瑹犭娕紲囟茸兓?，探測該催化劑催化點火時延及穩(wěn) 定性，=個位置均能成功點火，且點火時延基本相同。從對氨氣點火催化劑合理使用的長期 性能來看，位置1和位置2長期處于一種高溫狀態(tài)，較容易使氨氣點火催化劑中的貴金屬發(fā) 生燒結(jié)，從而影響其性能，因此位置3為最佳放置位置。
[0052] 該制備方法制備的氨氣點火催化劑，與用銷粉或銷絲相比，成本較低，僅需載體表 面均勻分布及少量的銷;與溶膠法、化學(xué)沉積法、涂敷法等制備方法相比，制備方法簡單，便 于規(guī)模化生產(chǎn)制備;且氨氣點火催化劑點火與電點火相比，壽命較長，就活性組分貴金屬本 身來說，本申請的氨氣點火催化劑放置在燃燒爐上方，只做點火使用；點火后的燃燒在該催 化劑下方進行，催化劑自身溫度不會超過500°C，無壽命期限限制。
[0053] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該W權(quán)利要求書的保護 范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種氫氣點火催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 將貴金屬鹽溶于去離子水得到第一溶液； (2) 再將鑭鹽溶于第一溶液中，得到第二溶液； (3) 將三氧化二鋁溶膠均勻分散于去離子水中，得到第三溶液； (4) 將第三溶液和第二溶液混合，混合均勻的溶液為第四溶液； (5) 將第四溶液涂覆于載體上，得到中間催化劑； (6) 將中間催化劑干燥焙燒活化冷卻后得到所需氫氣點火催化劑； 通過調(diào)節(jié)步驟(5)的涂覆次數(shù)使得貴金屬的含量為0. lwt%-10wt%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)-(4)的溶解或混合通過 加熱、超聲或攪拌的方式加速溶解或混合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)的載體為多孔蜂窩狀、球 狀、網(wǎng)狀的耐高溫陶瓷或鋁合金。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)的涂覆采用浸漬法、噴涂 法和滴涂法中的一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)的干燥焙燒活化冷卻是 將中間催化劑于室溫放置30_50min后，置于恒溫箱中，恒溫箱初始溫度設(shè)為80-150°C，干燥 1-2個小時，再將恒溫箱溫度設(shè)置為250-350°C，活化3-5個小時后冷卻至室溫，即得到所需 氫氣點火催化劑。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)的干燥焙燒活化冷卻是 將中間催化劑放入鼓風(fēng)干燥箱中先在80-150°C，干燥1-2個小時，再將恒溫箱溫度設(shè)置為 250-350°C，焙燒活化3-5個小時后冷卻至室溫，即得到所需氫氣點火催化劑。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)步驟(5)的涂覆次數(shù)使得貴 金屬的含量為〇.1界1:%-〇.5￥1:%或0.5￥1:%-1￥1:%。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述貴金屬為鉑或鈀。9. 一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述方法制備的氫氣點火催化劑，其特征在于，所述氫氣 點火催化劑包括活性組分、助燃劑、分散劑和載體;所述活性組分為鉑或鈀的鹽溶液或鹽粉 末;所述助燃劑為鑭鹽;所述分散劑為三氧化二鋁膠體;所述載體為多孔蜂窩狀、球狀、網(wǎng)狀 的耐高溫陶瓷或鋁合金;所述活性組分中鉑或鈀的含量在0. lwt %-10wt %區(qū)間。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述氫氣點火催化劑的用途，其特征在于，該氫氣點火催化劑適用 于各種氫氣催化點火場景;在氣體燃燒過程中所述催化劑本身溫度不超過500°C。
【文檔編號】B01J23/63GK106031870SQ201610015625
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年1月11日
【發(fā)明人】朱俊娥, 歐陽洵
【申請人】江蘇耀揚新能源科技有限公司