[发明专利]一种具有甲烷催化燃烧和转化功能的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低质煤层气综合利用的技术领域，特别涉及一种适用于脱除低质煤层气中的氧气，以及甲烷蒸汽转化反应中的催化剂及其制备方法。

背景技术

煤层气在煤矿称为煤矿瓦斯。根据新的资源评价结果，我国陆上煤层气资源量36.8万亿立方米，与陆上常规天然气资源量(38万亿立方米)相当，但大部分煤层气没有得到有效的利用。大量低质煤层气的排放，不仅浪费了宝贵的清洁能源资源，也加重了全球温室效应的影响。从节能与环保的角度出发，有必要对其进行分离净化和回收利用。通过脱氧工艺分离提浓，得到清洁、安全的气体，可弥补能源短缺，改善能源结构，具有显著的社会和经济效益。

目前我国煤层气大部分的甲烷含量比较低，一般情况下CH₄平均体积分数为25％～70％，含氧量为3％～12％，同时含有一定硫化物，这样的煤层气我们称为低质煤层。气低质煤层气利用必须先进行脱氧，再进行下一步的利用。低质煤层气脱氧的主要方法有催化脱氧法和焦炭脱氧法。两种方法均可有效的将煤层气中的氧含量降低至0.5％以下。其中只用催化燃烧法催化剂脱氧，强氧化反应的放热量较大，现有的催化剂床层温升较高，因此设备投资较大，工艺较复杂，原料气总的燃烧热保留的较低；焦炭脱氧法要消耗宝贵的焦炭资源，整个系统的运行费用较高，另外其加焦，出渣劳动强度大，环境灰尘大，并且会带有多种形态的硫化物。针对上述两种方法存在的各自缺点，开发一种可使用较高的入口氧含量，且产生的热能能得到合理利用的脱氧及转化双功能催化剂是本领域技术人员一直渴望解决终未能成功的技术难题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述不足，提供一种催化燃烧及催化转化的双功能催化剂。

本发明的另一个目的是提供上述低质煤层气催化燃烧及催化转化的双功能催化剂的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种低质煤层气催化燃烧及催化转化双功能催化剂：

主要包括载体、活性组分及助剂，其中，

所述载体主要含Al₂O₃和SiO₂；

所述活性组分为Mn、Ni、Co中的一种或者几种，并以其氧化物形式存在于本催化剂中；

所述助剂为Mg、La、Ce、Ba中的一种，并以其氧化物形式存在于本催化剂中；

所述载体的质量分数为70％～94％，活性组分按氧化物形式计的质量分数为5％～20％，助剂按氧化物形式计的质量分数为1～10％；

并且，所述催化剂为蜂窝状整型催化剂。

作为优选：所述载体是用Al₂O₃，再加上SiO₂、蒙脱土、高岭土中的至少一种为原料高温烧结而成。

作为优选：所述蜂窝状整型催化剂的孔密度为7～62孔/平方厘米。

这种低质煤层气催化燃烧及催化转化双功能催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、高温煅烧得到载体：将Al₂O₃、再加上SiO₂、蒙脱土和高岭土中的至少一种按比例混合，加入水，同时加入植物油、桐油、聚乙烯醇和羧甲基纤维素中的一种或几种，混合均匀，在成型机中挤成蜂窝状的多孔载体，根据需要，整型出蜂窝状载体的孔密度为7～62孔/平方厘米，并在1000～1400℃煅烧2～12小时，通过高温煅烧，使各组分充分反应以得到更稳定的结构；

(2)、浸渍活性组分：用浸渍的方法引入活性组分，浸渍方法为：将活性组分的硝酸盐、硫酸盐或氯化物的形式制成溶液，将载体放置在溶液中，浸渍温度为30～100℃，浸渍2～4小时，使活性组分以盐的形式浸渍于载体上；

(3)、加热分解：浸渍结束后，在60～150℃干燥1～10小时，之后再加热到300～560℃进行加热分解1～8小时；即制得所述的低质煤层气催化燃烧及催化转化的双功能催化剂。

作为优选：进行第二次浸渍活性组分和第二次加热分解，方法分别同上述的(2)步浸渍活性组分的方法和(3)步加热分解的方法，制得所述的低质煤层气催化燃烧及催化转化的双功能催化剂产品。