[发明专利]一种催化燃烧催化剂

说明书

技术领域

本发明是关于一种燃烧催化剂，更具体地说是关于一种用于天然气燃烧的 催化剂。

背景技术

天然气(CH₄)较石油、煤等燃料污染程度低，在燃烧过程中所排放的CO₂、SO₂和NO_x等污染物较少，催化燃烧是进一步控制和消除NO_x的有效方法。与普通燃烧 方式相比，催化燃烧具有较高的燃烧效率与能量利用率。

催化燃烧与传统的火焰燃烧相比，有以下优点：1)起燃温度(转化10％的温度) 低，能耗少，燃烧稳定，甚至达到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应；2) 净化效率高.污染物(NOX及不完全燃烧产物等)排放水平低，一般有机废气转 化率都在98％以上.起燃温度下可大量减少NOX气体的生成.中科院兰州化学 物理研究所催化中试室研制的CC-20型甲烷催化燃烧催化剂反应后尾气中甲烷 体积分数少于5×10-6；3)适应氧浓度范围大，无二次污染，且燃烧缓和，运转费 用少，操作管理方便；4)噪音低。

目前催化燃烧技术中的最大困难就是选择合适的催化剂。催化燃烧催化剂 主要有负载型贵金属、钙钛矿型和六铝酸盐型催化剂。

负载型贵金属型催化剂具有很好的完全氧化活性和稳定性好，Pt、Pd是常 见的贵金属。在高温下贵金属易挥发、烧结和中毒以及本身昂贵的价格，使其 在甲烷高温燃烧中的应用受到一定限制，通常将之用于燃烧器中的低温起燃阶 段居多。ABO3钙钛矿复合氧化物、六铝酸盐型催化剂通称为非金属催化剂，钙 钛矿催化剂在高温使用时，也存在高温烧结使比表面积减小的现象，对活性产生 不利影响。负载型贵金属催化剂和钙钛矿型催化剂较适合甲烷燃烧的低温阶段， 而非贵金属催化剂则适合甲烷高温催化燃烧。

CN1224047A公开了一种用于天然气燃烧的催化剂及其制备方法，催化剂组 成为(重量百分比)：副族金属2-20％，碱土金属0.5-15％，镧系金属 0-15％，ZrO₂55-95％。催化剂的使用条件为反应温度390-800℃， 空速18000-36000ml/g.h，50ppm-20％天然气/空气混合气中用于天燃气燃烧， 可使燃烧尾气中的烃类含量小于1ppm，同时使CO和NO_x的含量小于1ppm。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，针对现有技术的不足，提供一种成 本相对较低、使天然气100％转化的温度低且燃烧后CO、NOx排放量低的非贵 金属催化燃烧催化剂。

本发明提供的催化燃烧催化剂，其特征在于由催化组分和载体组成，所说 的催化组分为碱土金属、稀土金属、副族金属和氧化锆，以氧化锆为100份重 量为基准计，碱土金属为2-40份，稀土金属为6-30份，副族金属为1-30份， 稀土金属选自镧和铈，镧和铈的重量比(3-20)∶1，副族元素选自钛、铁、钴、 镍、锌、锰和铜中的一种，所说的载体为活性炭，以催化剂重量计为60-98％。

本发明提供的催化剂，成本较贵金属催化剂低、在低温下起燃性能较好， 且燃烧后CO、NOx排放量低。

具体实施方式

本发明提供的催化剂，其优选组成以氧化锆为100份重量为基准计，碱土 金属为5-25份，稀土金属为2-15份，副族元素为2-15份。

本发明提供的催化剂中，其中所说的碱土金属优选为镁，所说的副族元素 为优选锰或铜。

虽然催化氧化催化剂中，含有一定的稀土元素可以增加催化剂在高温下的 活性稳定性，但是发明人通过大量的试验发现，如果在催化剂中同时含有镧和 铈两种稀土元素，特别是控制二者的配比中镧的含量远远大于铈的含量时，对 于催化剂的低温起燃性能具有意想不到的帮助，优选的镧和铈的重量比为(4- 15)∶1，更优选(7-13)∶1。

本发明提供的催化剂中，所说的载体为活性炭，重量优选为75-90％。所说 的活性炭优选为粉状果壳类活性炭，优选以气体活化法或KOH药品活化法制备 的椰壳、核桃壳或杏壳类活性炭，优选比表面积为700-3000m²/g、粒度小于 200微米。