[发明专利]用于天然气和煤层气燃烧的整体式催化剂及制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于天然气和煤层气燃烧的整体式催化剂。

本发明还涉及上述整体式催化剂的制备方法。

本发明还涉及上述整体式催化剂的应用。

背景技术

当今世界，能源与环境问题并列成为人类社会共同面临的重大挑战，影响着人类社会发展的进程与未来。世界各国都十分关注并开始将能源和环境问题纳入经济社会发展的全局通盘考虑，以实现经济社会与环境保护的协调发展。我国目前也越来越重视能源结构的优质化和能源生产、加工转换和利用过程中的污染控制，努力实现能源与经济、环境的协调发展。自然界蕴藏有丰富的天然气资源，2006年探明的世界天然气储量为180万亿立方米，远景储量为250-350万亿立方米。全球浅埋于2000米的煤层气资源约为240万亿立方米，高于常规天然气探明储量。从长远发展看，随着石油资源的减少和开采难度加大，天然气对石油相对价格的下跌以及天然气化工技术的进步，天然气有可能在21世纪取代石油成为主要的能源和化工原料。

天然气和煤层气的主要成分都是甲烷，目前甲烷的综合利用研究主要集中于高温催化燃烧、氧化偶联、催化重整、部分氧化制合成气等高温催化反应，其中甲烷高温催化燃烧由于可以提高能源利用率、减少污染物排放，引起了人们的广泛关注。近年来，催化燃烧技术的发展已经进入了实用阶段。在欧洲催化燃烧技术广泛应用于工业加热及燃气取暖等领域，在日本催化燃烧技术也广泛应用于废气净化及民用燃具等行业。

中国专利ZL02127951.9公开了一种整体式燃气燃烧催化剂及其制备方法，此催化剂以陶瓷蜂窝体或金属蜂窝体为基质，在基质表面涂覆催化功能组分所组成，可用于天然气、石油液化气和煤气等为燃气的家用燃气具的燃烧器，但不足之处在于在催化燃烧苛刻的环境中，存在催化剂和载体分离的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于天然气和煤层气燃烧的整体式催化剂。

本发明的又一目的在于提供一种制备上述整体式催化剂的方法。

为实现上述目的，本发明提供的整体式催化剂，该催化剂的本体为块状体，本体上设置有若干气体流体通道，流体通道相互平行排列或者呈网状排列；该催化剂的组成为：

a)单一过渡金属氧化物或复合氧化物；

b)硅氧化物或硅铝氧化物的混合物；

上述a组分与b组分的质量比为a∶b＝1.5-3∶1；

所述的整体式催化剂，其中，单一过渡金属氧化物为氧化钴、氧化铁、氧化铜、氧化锰中的一种或几种；复合氧化物为钙钛矿(La_xSr_1-xMO_3-δ)、六铝酸盐(Ba_xLa_1-xM_yAl_12-yO_19-δ)、烧绿石(La₂M_zB_2-zO_7-δ)或掺杂型二氧化铈(Ce_1-xM_xO_2-δ)；

上述式中的x≤1，y≤3，z≤2；

δ表示氧空位；

M为铁、钴、铜、锰，B为锡、锆、钛。

所述的整体式催化剂，其中，硅氧化物为硅藻土或硅胶；硅铝氧化物为高岭土、石棉、菁青石或蒙托土；硅氧化物和硅铝氧化物的混合物中，硅氧化物的重量百分比为10-20％，硅铝氧化物的重量百分比为80-90％。

本发明提供的制备上述整体式催化剂的方法，其步骤如下：

A)制备用作催化活性物质的单一过渡金属氧化物或者复合氧化物粉体材料，加入硅氧化物或硅铝氧化物的混合物，充分混合，混合物粒度粉碎至15-25μm以下；

B)在步骤A的粉体材料中加入润滑剂和水进行混合，湿料静置8-12小时；

上述粉体材料∶润滑剂的质量比＝1∶0.05-0.25；

上述润滑剂为选自石墨、甘油、甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种或几种混合物；

C)将形成规则通道的型芯放入模具内组装构成催化剂铸模，将步骤B制备的湿料注入催化剂铸模并进行震动，震动时间以料浆不出现气泡为限，对入模后的物料施压，得到湿态整体式催化剂；

D)将步骤C得到湿态整体式催化剂进行切割并于100-200℃下干燥20-30小时；

E)将步骤D干燥后的整体式催化剂以1-2℃/min的升温速率于600-1200℃下焙烧4-8小时，得目标产物。

所述的方法，其中，步骤A中是用球磨或气流粉碎。