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    鎳基催化劑及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

    技術(shù)編號(hào):15775067 閱讀:456 留言:0更新日期:2017-07-08 07:07
    本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種鎳基催化劑,用于催化丙酮加氫反應(yīng)制備異丙醇,以該鎳基催化劑的重量百分?jǐn)?shù)計(jì),包括35?60%的鎳,20?60%的鋁,1?10%的銅,0.5?10%的鐵,以及0.5?5%的錳。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)還公開(kāi)了該鎳基催化劑的制備方法,以及在異丙醇?丙酮?氫氣化學(xué)熱泵中丙酮加氫反應(yīng)固定床反應(yīng)器中的應(yīng)用。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的鎳基催化劑機(jī)械強(qiáng)度高,丙酮轉(zhuǎn)化率高、異丙醇選擇性高、抗中毒能力強(qiáng),并且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、易于工業(yè)化,具有良好的應(yīng)用前景及巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

    Nickel based catalyst, preparation method and application thereof

    The invention discloses a nickel base catalyst for catalytic hydrogenation of acetone was prepared by the reaction of isopropanol, with the weight percent of nickel based catalysts, including 35 60% nickel, 20 60% aluminum, 1 10% copper, 0.5 10% iron, 5% manganese and 0.5. The invention also discloses a preparation method of the nickel based catalyst, and the application of acetone in isopropanol acetone hydrogen hydrogenation reaction in chemical heat pump in fixed bed reactor. Compared with the prior art, nickel based catalyst of the invention of high mechanical strength, high conversion rate, acetone and isopropanol with high selectivity, anti poisoning ability, and simple production process, easy industrialization, has a good application prospect and great economic benefit.

    【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
    鎳基催化劑及其制備方法和應(yīng)用
    本專(zhuān)利技術(shù)涉及催化領(lǐng)域及能源利用領(lǐng)域,具體涉及一種催化丙酮加氫反應(yīng)制備異丙醇的鎳基催化劑及其制備方法,以及在異丙醇-丙酮-氫氣化學(xué)熱泵中丙酮加氫反應(yīng)中的應(yīng)用。技術(shù)背景目前我國(guó)能源利用效率較低,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的進(jìn)步空間,余熱回收利用尤其是低溫余熱回收利用已經(jīng)成為提高能源利用效率、解決能源危機(jī)的重要手段。低溫余熱品味低,難以直接利用,大部分被排放造成巨大的能源浪費(fèi)。最好的利用低溫余熱的方式是將其溫度提升,使之可以被利用。假如這一方法得到實(shí)現(xiàn),不但可以大幅度提高能源利用率,而且可以擴(kuò)大能源利用的范圍,如太陽(yáng)能、地?zé)崮艿鹊蜏刈匀荒茉矗行Ь徑饽茉次C(jī)。工業(yè)低溫余熱的回收利用與太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用響應(yīng)了全世界提倡的節(jié)能減排與清潔能源的能源政策。實(shí)現(xiàn)低溫?zé)嵩瓷郎氐难b置是熱泵系統(tǒng),升溫型的熱泵通常包括:機(jī)械熱泵、吸收式熱泵。機(jī)械熱泵需要的能力輸入多、消耗大,而且機(jī)械熱泵的提溫幅度小;吸收式熱泵雖然有較大的提溫幅度,且已經(jīng)可以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用,但是吸收式熱泵的組件之間需要很大的壓力來(lái)轉(zhuǎn)移能量,這就導(dǎo)致了較高的操作和維護(hù)費(fèi)用。化學(xué)熱泵可以克服機(jī)械熱泵和吸收熱泵的不足。化學(xué)熱泵是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能,具體是利用工質(zhì)對(duì)的可逆化學(xué)反應(yīng),在不同的溫度下進(jìn)行吸熱和放熱反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移。化學(xué)熱泵比起其他熱泵具有更高的熱量?jī)?chǔ)存能力,其反應(yīng)物及產(chǎn)物可以長(zhǎng)期存放,而且能量存儲(chǔ)在化學(xué)物質(zhì)中不會(huì)因?yàn)榕c環(huán)境之間的溫差而引起任何熱損失。化學(xué)熱泵因其高效率、無(wú)污染、低能耗、溫度提升幅度高等優(yōu)點(diǎn)而成為低熱品味提升的首選裝置。異丙醇-丙酮-氫氣(IAH)化學(xué)熱泵則是眾多化學(xué)熱泵中應(yīng)用潛力較大的一種。它利用一對(duì)可逆的化學(xué)反應(yīng),異丙醇低溫(80℃)脫氫發(fā)生吸熱反應(yīng)生成丙酮和氫氣,丙酮高溫加氫(200℃)加氫發(fā)生放熱反應(yīng)生成異丙醇,從而將低溫?zé)釡囟忍嵘怪梢栽诠I(yè)上直接應(yīng)用。具有巨大的工業(yè)應(yīng)用潛力。IAH化學(xué)熱泵的關(guān)鍵技術(shù)是高效的催化劑的開(kāi)發(fā),其發(fā)展也主要受到催化劑的性能限制。在IAH化學(xué)熱泵中催化劑有兩方面的應(yīng)用:一是異丙醇的脫氫反應(yīng),二是丙酮的加氫反應(yīng)。催化劑需要具備高選擇性、高活性、壽命長(zhǎng)的條件。異丙醇脫氫吸熱反應(yīng)催化劑主要是貴金屬催化劑如Pt、Pd、Ru等,載體為活性炭為主,另外還有銅鋅催化劑。丙酮加氫反應(yīng)主要是負(fù)載型貴金屬催化劑如Ru/C、Ru/Al2O3、Pt/C及鎳基催化劑和銅基催化劑。然而目前大部分丙酮加氫制備異丙醇的催化劑都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,工業(yè)上可供選擇的丙酮加氫反應(yīng)催化劑基本沒(méi)有。
    技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
    本專(zhuān)利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,提出了可滿足工業(yè)需求的用于催化丙酮加氫反應(yīng)制備異丙醇的鎳基催化劑,該鎳基催化劑的制備方法,以及在IAH化學(xué)熱泵中丙酮加氫固定床中的應(yīng)用。本
    技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
    包括:一方面,本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種鎳基催化劑,用于催化丙酮加氫反應(yīng)制備異丙醇,以所述鎳基催化劑的重量百分?jǐn)?shù)計(jì),包括35-60%的鎳,20-60%的鋁,1-10%的銅,0.5-10%的鐵,以及0.5-5%的錳。進(jìn)一步地,本專(zhuān)利技術(shù)的鎳基催化劑為顆粒狀。本專(zhuān)利技術(shù)的鎳基催化劑粒度為1.0-10.0mm,優(yōu)選地,粒度為3.0-6.0mm;或者,本專(zhuān)利技術(shù)的鎳基催化劑的直徑為1-10mm,高度為1-10mm,優(yōu)選地,直徑為2-6mm,高度為2-6mm。所述鎳基催化劑的形狀包括不規(guī)則形、球形、半球形、條形、圓柱形、棒形、齒形、中空棒形中的一種或幾種的組合。進(jìn)一步地,所述鎳基催化劑包括活性物質(zhì)外表面層和金屬合金內(nèi)核,所述活性物質(zhì)外表面層為多孔結(jié)構(gòu),所述金屬合金內(nèi)核為致密結(jié)構(gòu)。所述活性物質(zhì)外表面層的多孔結(jié)構(gòu)的總孔容大于0.12ml/ml催化劑,該多孔結(jié)構(gòu)中的中孔和大孔的體積占比在15-45%范圍內(nèi),微孔的體積占比在85-55%的范圍內(nèi)。在本專(zhuān)利技術(shù)中,微孔是指平均孔徑小于2nm的孔,中孔是指大于2nm小于50nm的孔,大孔是指大于50nm的孔。所述金屬合金內(nèi)核的平均強(qiáng)度為側(cè)面壓強(qiáng)大于300N。進(jìn)一步地,所述鎳基催化劑是通過(guò)堿溶液活化的鎳基催化劑。另一方面,本專(zhuān)利技術(shù)還公開(kāi)了一種如上所述的鎳基催化劑的制備方法,包括:步驟一:提供金屬混合物,以所述金屬混合物的重量百分?jǐn)?shù)計(jì),包括:35-60%的鎳,20-60%的鋁,1-10%的銅,0.5-10%的鐵,以及0.5-5%的錳;步驟二:將所述金屬混合物加工成合金顆粒;步驟三:用堿溶液對(duì)所述合金顆粒進(jìn)行活化處理,得到活化后的合金顆粒;以及步驟四:洗滌所述活化后的合金顆粒,得到所述鎳基催化劑。進(jìn)一步地,所述步驟二中的所述合金顆粒的制備過(guò)程包括:(1)使用高溫熔融技術(shù)將所述金屬混合物熔煉成熔融液態(tài)合金;(2)將所述熔融液態(tài)合金冷卻得到固態(tài)合金,所述冷卻為驟冷或階梯冷卻至常溫;(3)將所述固態(tài)合金制備成所述合金顆粒,將所述固態(tài)合金制備成所述合金顆粒的方法包括:破碎后篩選得到所述合金顆粒,或者,將所述固態(tài)合金破碎成粉末后再成型得到所述合金顆粒。其中,所述破碎后篩選是指,采用破碎機(jī)對(duì)固態(tài)合金進(jìn)行破碎,然后通過(guò)篩網(wǎng)選取一定粒度的合金顆粒,例如粒度在1-10mm范圍,該方法得到的合金顆粒為不規(guī)則形狀,破碎機(jī)可以是機(jī)械顎式破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)或錘石破碎機(jī)。所述破碎成粉末后再成型是指,將破碎機(jī)破碎得到的顆粒經(jīng)過(guò)球磨等方式得到小于100目的細(xì)粉,然后加入氧化鋁、水、粘結(jié)劑等成型劑,通過(guò)打片、擠出或滾球的方式得到合金顆粒,例如,通過(guò)打片可以得到圓柱形合金顆粒,通過(guò)擠出可以得到圓柱形、齒形、中空?qǐng)A柱形等形狀的合金顆粒,合金顆粒的形狀取決于擠出模具,固態(tài)合金破碎成粉末后再成型造粒一般得到粒度為1-10mm的合金顆粒。作為另一種實(shí)施方式,所述步驟二中的所述合金顆粒的制備過(guò)程也可以采用如下方法:(1)使用高溫熔融技術(shù)將所述金屬混合物熔煉成熔融液態(tài)合金;以及(2)使用澆鑄造粒或旋轉(zhuǎn)造粒的方法將所述熔融液態(tài)合金加工成所述合金顆粒。其中,所述澆鑄造粒是指將熔融的液態(tài)合金進(jìn)行澆鑄直接成型得到小顆粒,形狀包括球形、半球形、棒形或者長(zhǎng)方體形,一般可以得到粒度為1-10mm的合金顆粒。所述旋轉(zhuǎn)造粒是指將熔融的液態(tài)合金經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)造粒得到球形顆粒,一般可以得到粒度為1-10mm的合金顆粒。進(jìn)一步地,在以上兩種有關(guān)合金顆粒制備過(guò)程的實(shí)施方式中,所述步驟(1)中所述熔煉的溫度為1300-1700℃,所述熔煉時(shí)間為0.2-0.5小時(shí)。進(jìn)一步地,所述步驟三中的所述活化處理包括將所述合金顆粒置于一個(gè)固定床反應(yīng)器中,使所述堿溶液通過(guò)所述合金顆粒,所述堿溶液包括氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或兩者的混合物。優(yōu)選地,所述堿溶液的濃度為0.1-10wt%,重量空速為4-50h-1,所述活化處理的溫度為20℃-60℃,所述活化處理的時(shí)間為2-12小時(shí)。更優(yōu)地,使用濃度為0.3-3wt%的氫氧化鉀溶液進(jìn)行活化處理,氫氧化鉀溶液用電導(dǎo)率為10-150μs/cm的水配制,氫氧化鉀溶液的重量空速為6-30h-1,活化處理溫度范圍為20℃-50℃,活化處理時(shí)間為4-10小時(shí)。進(jìn)一步地,所述步驟四中的洗滌過(guò)程包括使用去離子水對(duì)所述活化后的合金顆粒進(jìn)行洗滌,洗滌至洗滌液的pH值為7-9時(shí),停止洗滌;所述洗滌的溫度為20℃-50℃。第三方面,本專(zhuān)利技術(shù)還公開(kāi)一種如上所述的鎳基本文檔來(lái)自技高網(wǎng)
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    【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
    一種鎳基催化劑,用于催化丙酮加氫反應(yīng)制備異丙醇,其特征在于,以所述鎳基催化劑的重量百分?jǐn)?shù)計(jì),包括35?60%的鎳,20?60%的鋁,1?10%的銅,0.5?10%的鐵,以及0.5?5%的錳,所述鎳基催化劑為顆粒狀,所述鎳基催化劑的粒度為1.0?10.0mm,或者,直徑為1?10mm,高度為1?10mm,所述鎳基催化劑的形狀包括不規(guī)則形、球形、半球形、條形、圓柱形、棒形、齒形、中空棒形中的一種或幾種的組合。

    【技術(shù)特征摘要】
    1.一種鎳基催化劑,用于催化丙酮加氫反應(yīng)制備異丙醇,其特征在于,以所述鎳基催化劑的重量百分?jǐn)?shù)計(jì),包括35-60%的鎳,20-60%的鋁,1-10%的銅,0.5-10%的鐵,以及0.5-5%的錳,所述鎳基催化劑為顆粒狀,所述鎳基催化劑的粒度為1.0-10.0mm,或者,直徑為1-10mm,高度為1-10mm,所述鎳基催化劑的形狀包括不規(guī)則形、球形、半球形、條形、圓柱形、棒形、齒形、中空棒形中的一種或幾種的組合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基催化劑,其中,所述鎳基催化劑包括活性物質(zhì)外表面層和金屬合金內(nèi)核,所述活性物質(zhì)外表面層為多孔結(jié)構(gòu),所述金屬合金內(nèi)核為致密結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳基催化劑,其中,所述鎳基催化劑是通過(guò)堿溶液活化的鎳基催化劑。4.一種如權(quán)利要求1所述的鎳基催化劑的制備方法,包括:步驟一:提供一種金屬混合物,以所述金屬混合物的重量百分?jǐn)?shù)計(jì),包括:35-60%的鎳,20-60%的鋁,1-10%的銅,0.5-10%的鐵,以及0.5-5%的錳;步驟二:將所述金屬混合物加工成合金顆粒;步驟三:用堿溶液對(duì)所述合金顆粒進(jìn)行活化處理,得到活化后的合金顆粒;步驟四:洗滌所述活化后的合金顆粒,得到所述鎳基催化劑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎳基催化劑的制備方法,其中,所述步驟二中的所述合金顆粒的制備過(guò)程包括:(1)使用高溫熔融技術(shù)將所述金屬混合物熔煉成熔融液態(tài)合金;(2)將所述熔融液態(tài)合金冷卻得到固態(tài)合金,所述冷卻為驟冷或階梯冷卻至常溫;(3)將所述固態(tài)合金制備成所述合金顆粒,將所述固態(tài)合金制備成所述合金顆粒的方法包括:破碎后篩選得到所述合金顆粒,或者,將所述固態(tài)合金破碎成粉末后再成型得到所述合金顆粒。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎳基催化劑的制備方法,其中,所述步驟二中的所述合金顆粒的制備過(guò)程包括:(1)使用高溫熔融技術(shù)將所述金屬混合物熔煉成熔融液態(tài)合金;(2)...

    【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
    技術(shù)研發(fā)人員:國(guó)海光孫兵
    申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人:上海迅凱新材料科技有限公司
    類(lèi)型:發(fā)明
    國(guó)別省市:上海,31

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