在含铱活性物质存在下将烃二氧化碳重整的高压方法_3

文档序号:8302666阅读:来源:国知局
一优选实施方案中,活性组合物不仅包含铱和二氧化锆,而且包含至少一种 选自稀土族(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)的掺杂元素,特别 优选钇,其中含量基于ZrO 2S 0. 01-80重量%,优选0. 1-50重量%,更优选I. 0-30重量%。
[0060] 为提高在重整反应中的执行性能,本发明方法中使用的催化剂还可包含含贵金属 促进剂、含贱金属促进剂以及其它金属阳离子。
[0061] 贵金属促进剂选自卩1:、1?11、?(1、1?11、411,其中含贵金属促进剂的比例基于催化剂的重 量为0.01-5重量%,更优选0. 1-3重量%。
[0062] 含贱金属促进剂选自附、(:〇、?6^11^〇、1,其中基于催化剂的重量,含贱金属促进 剂的比例基于催化剂的重量为0. 1-50重量%,优选0. 5-30重量%,更优选1-20重量%。
[0063] 金属阳离子优选为一种或多种选自Mg、Ca、Sr、Ga、Be、Cr和Mn的元素,特别优选 Ca和/或Mg。
[0064] 本发明方法的另一优点是本发明方法可使用具有少量蒸汽或根本不具有蒸汽的 进料流体进行。在一个优选实施方案中,重整气体中的蒸汽/碳比为小于0. 2,更优选小于 0. 1,甚至更优选小于0.05。
[0065] 另外,关于本发明方法以及特别是甚至优选的实施方案,可使用很大程度上不含 水或者不包含水的重整气体。
[0066] 在低水含量下进行本发明方法提供该方法的高能量效率和使用本发明方法的装 置的工艺流程图简化的优点。
[0067] 在进行本发明方法时,含铱活性组分经受严重的物理和化学应力,因为该方法在 600-1200°C,优选850-1100°C,更优选850-950°C的温度下进行,工艺压力为5-500巴,优选 10-250巴,更优选20-100巴。尽管该方法在非常苛刻的工艺条件下进行,因为本发明材料 的特殊性能,可很大程度上排除含碳材料在催化剂上的沉积,这也代表本发明方法的一个 优点。
[0068] 由于低水平的含氮沉积物,本发明方法可经长时间进行,这再次是方法效率方面 的优点。
[0069] III.实施例
[0070] 为阐述本发明,提出大量本发明重整催化剂的制备和使用实施例。另外,描述了相 当于现有技术且因此不具有本发明特征的对比例。
[0071] 1.含铱催化剂的制备
[0072] 为制备本发明催化剂(S2),将198g钇稳定化二氧化锆用氯化铱水溶液浸渍。为 制备氯化铱溶液,首先将3. 84g IrCl4*H20溶于20ml蒸馏水中并将溶液用水补充。以一定 方式选择水的量使得载体氧化物的90%自由孔体积被溶液填充。自由孔体积为0. 2cm3/g。 钇稳定化二氧化锆具有8重量%的氧化钇含量(Y2O3)并作为具有0.5-1. Omm的粒度的压碎 材料存在。
[0073] 将包含稳定化载体氧化物的压碎材料放入浸渍转鼓中并用氯化铱溶液喷雾浸渍, 同时使转鼓旋转。在浸渍以后,将材料旋转另外10分钟,随后在对流干燥箱中在120°C下干 燥16小时。干材料的煅烧在550°C下进行2小时。
[0074] 这样得到的含铱催化剂S2具有I. Og铱/IOOg催化剂的铱含量。
[0075] 2.对比铂催化剂的制备
[0076] 含铂对比催化剂CE5通过与铱催化剂S2相同的方法使用铈/镧掺杂的二氧化锆 作为载体氧化物制备。载体氧化物具有〇. 21cm3/g的自由孔体积和22重量%的氧化镧和 氧化铈的稀土含量。IOOg的粒度为0.5-1. Omm的压碎材料形式的载体氧化物用于浸渍。为 进行浸渍,将6. 37g硝酸铂盐(包含15. 7重量%铂)溶于水中,随后将溶液在喷雾转鼓中 喷雾到载体氧化物上。在浸渍以后得到的对比催化剂CE5具有LOg Pt/lOOg催化剂的Pt 含量。
[0077] 所检查的活性组合物的汇总显示于表1中。表中所示所有活性组合物在实验室中 通过浸渍方法使用旋转的浸渍转鼓制备。
[0078] 图1显示关于还原处理以前的催化剂试样S2记录的X射线衍射图。在图的上部, 存在从25° 2 Θ至65° 2 Θ的角度放大以突出可指定为含铱相的映射。
[0079] 图2显示关于未还原形式的催化剂试样S3记录的X射线衍射图,其中没有发现含 氧化铱相的映射。
[0080] 铱颗粒的平均粒度的测定通过评估X射线衍射图进行。在载有1重量%铱(通过 钇稳定化)的催化剂试样S2中,氧化铱颗粒(IrO 2)具有8. Onm的平均微晶尺寸。遵循图 1所示XRD数据的评估。此处,铱颗粒以氧化物形式存在,因为进行未还原形式的催化剂的 XRD分析。图2所示衍射图的评估表明未能检测到氧化铱相。这证明铱颗粒小于1或2nm, 因为否则能够在XRD图中找到相应的映射。
[0081] XRD 分析通过来自 fcuker/AXS 的 D8Advance Series 2 使用 CuK-α 源(在 40kV 和40mA下具有0· 154nm的波长)和Θ -2 Θ几何(Bragg-Brentano几何)以反射模式进行。 测量经测量角:5-80° (2 Θ ),〇. 02°步长,4. 8秒/步进行。结构分析软件TOPAS(Bruker AXS)用于测定单独相的平均微晶尺寸。催化研宄
[0082] 关于在0)2存在下将含烃气体重整的催化研宄通过装配有平行连接的6反应器的 催化剂实验装置进行。为准备该研宄,将个各反应器各自装入20ml催化剂试样。
[0083] 所进行的催化研宄的综述显示于表2和3中。首先将装有催化剂的反应器在载气 气氛下以可控方式从25°C加热至目标温度。氮气用作载气。(可在还原气体气氛存在下进 行加热。)选择l〇°C/min的加热速率用于加热反应器。在具有催化剂的反应器在氮气流 中保持在目标温度下0. 5小时以后,将它们中供入重整气体。
[0084] 在催化研宄中,使各试样经受一些列不同的试验条件。在该系列的前两个试验条 件下,将催化剂保持在950°C下并将重整气体的水蒸气含量逐步从10体积%降至0体积%。 在下表中,在950°C下在10体积%和0体积%水蒸气存在下进行的研宄由后缀cl和c2表 示(即cl相当于在950°C下10体积%水蒸气,c2相当于在950°C下O体积%水蒸气)。在 850°C下在0体积%水蒸气存在下测试的试样在表3中由后缀c3表示。在10体积%水蒸 气存在下的试验条件(cl)的情况下,使试样经受比在进料流体中不存在水蒸气的试验条 件(c2和c3)的情况下更低的空速。
[0085] 所有催化研宄在5体积%氩气作为内标存在下进行;由于分析原因,将这加入进 料流体中以监控材料的回收率。
[0086] 此处选择的试验条件在物理化学条件方面如此苛求以致仅可通过本发明催化剂 试样经延长的时间实现高转化率和稳定的执行性能(表2)。这可从这一事实中看出:其中 铱存在于α -氧化铝上且其中铱载荷为0. 5-2重量%的对比试样CE1、CE3和CE4在进料中 10体积%的H2O下在几小时内完全减活或焦化。类似地,对于其中1重量%铱存在于未掺 杂单斜二氧化锆上的对比试样CE2,也观察到在进料中10体积% H2O存在下快速减活或焦 化。具有1重量% Pt以及另外与Sl和S4相同的其余组分组成的对比试样CE5显示出在 850°C和进料中10体积%的H2O下稳定的执行性能,
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