[发明专利]一种含氧甲烷混合气催化燃烧脱氧催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含氧甲烷混合气催化燃烧脱氧催化剂及其制备方法和应用，属于新能源及环保领域。

背景技术

煤层气是一种含有高浓度甲烷的气体，含硫(H₂S)非常少，基本不含苯、汞等可致癌的有毒物，是优质的化工原料和无污染高热值的能源，可以用作发电燃料、工业燃料、和居民生活燃料等源。但由于地下煤层气的压力不同和压力随开采时间而下降，对压力较高的矿井利用煤层气自身的压力直接钻采，对压力较低的矿井或压力已降低的矿井用抽采的方法。钻采出的气体甲烷浓度高，在90％以上，空气量很低，可直接输入天然气管道系统；抽采出的气体甲烷浓度低，通常在30-70％，含有较多的空气，氧气含量达3～10％，不能往管网输送，进行浓缩存在爆炸危险性，目前大部分的抽放气都直接排入大气或燃烧放空，造成了巨大的环境污染和资源浪费。甲烷和CO₂都是温室气体，而甲烷温室效应是CO₂的21～24倍，对臭氧层破坏力是二氧化碳的7倍。

甲烷的温室效应是CO₂的20倍以上。研究开发煤层气脱氧催化剂，对煤层气的合理综合利用，不但可以弥补我国能源短缺，还有助于保护环境。

研究表明，用催化燃烧脱氧的方法让煤层气中的部分甲烷与氧反应生成水和二氧化碳把煤层气中氧含量降到0.5％以下，然后浓缩回收甲烷是利用抽采煤层气资源的最佳途径。由于催化燃烧脱氧催化剂不但要有高的催化活性，能在较低的温度下起燃，而且要有良好的耐高温性能，能在高温和水蒸汽的存在下保持良好的稳定性，使催化剂的研制成为技术的关键。

国内外对甲烷脱氧催化燃烧进行了不少的研究，中国专利ZL200910012670.4中所使用γ-Al₂O₃担载和碱土金属及稀土化合物改性的为Pt、Pd、Ru或Rh等贵金属催化剂；中国专利ZL02113628.9中所使用Pt或Pd等贵金属催化剂。此类催化剂的优点在于催化剂活性高，起燃温度低。该类催化剂的不足之处是催化剂活性组分价格昂贵，同时煤层气中含有的微量H₂S对贵金属有毒害作用，容易造成催化剂失活，因此在脱氧前要先进行精脱硫再进行脱氧反应，造成脱氧成本高，推广应用受限制。

中国专利ZL200810045665.9中催化剂的活性组分为Co的化合物，活性助剂为Mn、Fe、Zn、Cu化合物中的一种或几种，载体为氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化硅、分子筛、高岭土等多孔材料中的一种或几种，采用浸渍的方法将活性组分负载在载体上，经过焙烧制得脱氧催化剂。中国专利Zl201010268087.2中催化剂的活性组分选自铁和铜的氧化物或铁和铜的可溶性盐中的任意一种，载体选自氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化硅、硅酸铝、硅酸镁中的一种或几种。此类催化剂的优点在于催化剂活性组分为非贵金属成分，催化剂价格较低，同时具有一定的耐硫性能。但该类催化剂的不足之处是活性组分负载量不高，活性受到限制；且催化剂的制备过程比较复杂，制备步骤多，造成催化剂的制备成本较高、不利于催化剂的大规模生产。

中国专利ZL200410091176.9中以金属氧化物固溶体为催化剂活性组分，以FeCrAl合金薄片(0.05mm)作为载体，用Al₂O₃作为过渡载体，将一系列金属氧化物固溶体催化活性组分涂覆在FeCrAl合金薄片制成的催化剂。该催化剂制备的关键之一是FeCrAl合金薄片的制备及性能，FeCrAl合金薄片不易制备且价格较高，工业应用较难。

鉴于上述催化剂的的缺点，开发一种制备工艺简单具有高活性、高稳定性且价格低廉的煤层气催化燃烧脱氧催化剂，促进我国煤层气脱氧工艺的推广和应用，加快煤层气的开发和利用具有重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种含氧甲烷混合气催化燃烧脱氧催化剂及其制备方法和应用，使含氧甲烷的脱氧过程可在较高空速和较宽反应温度下进行，反应装置体积小，投资节省，操作费用低。