[发明专利]一种低碳混合气催化燃烧脱氧催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低碳混合气催化燃烧脱氧催化剂及其制备方法，属于新能源及环保领域。

背景技术

煤层气等低碳混合气是一种含氧且危险的气体，属于有机气体中含有部分氧气，气体本身不易处理，容易爆炸，但是，除去氧后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。

研究表明，用催化燃烧脱氧的方法让有机气体中的部分有机物与氧反应生成水和二氧化碳把有机气体中氧含量降到0.5%以下，然后浓缩回收甲烷等有机气体。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，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有机气体催化燃烧脱氧催化剂，促进我国煤层气等有机气体脱氧工艺的推广和应用，加快有机气体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低碳混合气催化燃烧脱氧催化剂及其制备方法，使含氧低碳混合气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。

本发明采用的技术方案是：一种低碳混合气催化燃烧脱氧催化剂，催化剂组分包括活性组分、助剂和载体，所述活性组分为过渡金属氧化物，活性组分的质量百分含量为20～50%，所述助剂为稀土金属氧化物，助剂的质量百分含量为5～20%，所述载体采用吸附性化合物，载体的质量百分含量为30～60%；所述催化剂应用于氧含量体积百分比为1～10%的含氧低碳混合气脱氧过程，原料气空速为1000～40000h^-1，催化剂的起燃温度为270～350℃，催化剂床层的热点温度为300～700℃，反应后低碳混合气含氧量在0.2%以下。

所述过渡金属氧化物为氧化锰、氧化锌、氧化铁、氧化铬中的两种或两种以上；所述稀土金属氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化钐、氧化钕中的两种或两种以上；所述载体为氧化铝、氧化硅、高岭土中的一种或几种。

一种低碳混合气催化燃烧脱氧催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）所述过渡金属氧化物对应金属的硝酸盐与所述稀土金属氧化物对应金属的硝酸盐按比例称取，配制成混合水溶液；

（2）反应釜内加入适量的水和载体，搅拌下加入所述混合水溶液，用沉淀剂配制成的水溶液共沉淀，一步或分几步沉淀，过滤、洗涤，得催化剂湿料；

（3）将所述催化剂湿料干燥，焙烧，焙烧温度500～800℃，得催化剂粉末；压片成型，得所述催化剂。

所述沉淀剂选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或几种。

本发明与现有催化剂比较具有的优点如下：