[发明专利]一种PTA尾气催化燃烧非贵金属催化剂及制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种用于PTA尾气催化燃烧的非贵金属整体式催化剂及制备方法，属于催化燃烧环境保护技术领域。

背景技术

有机废气是石油化工行业排放的常见污染物，有机废气中常含有烃类化合物、含氧有机化合物、含氮、硫、卤素及含磷有机化合物等。如对这些废气不加处理，直接排入大气将会对环境造成严重污染，危害人体健康。PTA氧化反应尾气是PTA装置排出的数量最大的有害气体，含有有机物的总质量浓度超过1000 mg/m³，溴化物的质量浓度约100 mg/m³，CO的质量浓度约5000 mg/m³，还有CO₂、O₂、N₂等。

传统的有机废气净化方法包括吸附法、冷凝法和直接燃烧法等，这些方法易产生二次污染、能耗大、易受有机废气浓度和温度限制等缺点。而催化燃烧技术以其处理效率高、不产生二次污染和较低的能量消耗的优势受到了越来越多的关注，扬子公司化工厂P3装置中，PTA尾气处理采用的就是催化燃烧技术。

目前工业化催化燃烧催化剂主要集中在贵金属催化剂上，贵金属用于催化燃烧已经有几十年的历史，无论是催化剂的制备还是反应机理的研究都取得了比较深入的研究。对于催化燃烧，Pd和Pt是研究和应用最多的催化活性材料。目前我国采用的催化剂均为进口，主要供应商有Engelhard、Johnson Matthey等公司，均以Pt、Pd等贵金属为活性组分、蜂窝陶瓷为载体，价格十分昂贵（9.9万美元/m³左右）。这类催化剂的主要缺点在于资源稀少，价格昂贵，耐中毒性差，人们一直努力寻找替代品或尽量减少其用量。朱连利等（石油化工, 2010, 39(4): 449-453）采用浸渍法制备了一系列Pt-Pd双贵金属催化剂，并加入Fe、W、V、Ag等金属助剂对催化剂进行改性，考察了助剂、浸渍液的PH、浸渍顺序对催化剂催化氧化PTA尾气中乙酸甲酯活性的影响以及溴甲烷对催化剂的中毒作用。结果表明，助剂对乙酸甲酯的氧化反应均有促进作用；浸渍液的PH应小于4，先浸渍Pt-Pd后浸渍金属助剂的双贵金属催化剂活性较高；在Pt-Pd双贵金属催化剂中加入A10和A11助剂后，其抗溴甲烷中毒能力明显提升。但这种催化剂仍然以贵金属Pd-Pt为主要活性组分，金属助剂只是微量掺杂，未能显著降低其成本。

由于贵金属资源日益减少且价格昂贵，非贵金属催化剂如Cu、Mn、Co等的氧化物在催化燃烧中的应用受到广泛重视。然而单一的金属氧化物催化剂活性往往不够理想，需要加以改进以提高其催化活性。复合金属氧化物催化剂，如Cu-Mn，Cu-Co等，该类催化剂在一定的条件下，可以达到贵金属催化剂的催化效果，是催化燃烧领域研究的热点，许多高性能的复合氧化物催化剂正在研究开发。刘风芬等（南京工业大学学报, 2010, 32(6): 31-35）采用共沉淀法制备了Ce-Mn复合氧化物及单组分Ce、Mn氧化物催化剂，考察它们对二溴甲烷燃烧的催化活性。并用XRD、TPR手段对催化剂的晶相结构进行了表征。结果表明，Ce-Mn复合氧化物对二溴甲烷的催化燃烧性能显著优于单组分Ce、Mn氧化物催化剂，二溴甲烷转化率大于95%。但该技术制备的催化剂为颗粒状催化剂，只适用于实验室规模的探索研究，并不适用于实际工业应用中的废气处理。

发明内容

本发明的目的在于针对目前用于工业废气处理的贵金属催化剂存在成本高、抗毒性差等问题，提出一种用于PTA尾气催化燃烧的非贵金属整体式催化剂及制备方法，所制备的催化剂具有原料成本低，制备工艺简单，催化活性高，抗毒性好等优点。

PTA尾气催化燃烧非贵金属催化剂，至少包括CuO、MnO₂和CeO₂氧化物复合粒子混在一起均匀分散，并负载于蜂窝陶瓷；CuO、MnO₂和CeO₂的重量份使铜与锰的物质的量之比为1:1~1:7，CuO和MnO₂的总质量与CeO₂质量之比为1:3~1:19。

采用蜂窝陶瓷为载体，CuO、MnO₂和CeO₂氧化物复合粒子混和并均匀分散于水中并涂覆或负载于蜂窝陶瓷上，构成具有涂层材料的整体式催化器。