[发明专利]一种贵金属及稀土复合型耐硫脱氧催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种贵金属及稀土复合元素型耐硫脱氧催化剂及其制备方法，可适用于垃圾填埋气的深度脱氧处理。属于新能源与环保领域。

背景技术

垃圾填埋气作为生物质能的重要组成，越来越受到各方面的重视。城市固体废弃物填埋场填埋气(以下简称填埋气)是有机废弃物通过一系列物理、化学以及生物反应(主要是厌氧微生物作用下降解)后形成的混合气体，主要成分为CH₄和CO₂，体积占填埋气总量的90％～99％，以及其他微量成分如N₂、H₂S、NH₃、硫醇、氯乙烯、甲苯、二甲苯、乙烷、氯甲烷等。固体废弃物填埋气的热值大约在19MJ/M³左右，虽然含有害物质，却是一种中低热值的可燃性气体，若收集后加以利用，变废为宝，可以成为一种新型绿色能源，同时也解决了固体废弃物填埋气体造成的安全和污染问题，从而改善城市的环境质量，对城市经济的可持续发展和节能减排起到积极的推动作用，将为城市的环境化作出巨大贡献。

垃圾填埋气中含有50％～60％甲烷，由于在常温常压下，甲烷与空气混合气的爆炸浓度范围为5％～15％。该范围会随着压力和温度的变化而改变。从垃圾填埋气(含有氧气)中不脱氧直接采用变压吸附分离或者深冷提纯甲烷，必然会导致氧富集，产生爆炸危险。因此，对垃圾填埋气进行有效的脱氧处理，是后续安全应用的核心工作。

由于垃圾填埋气成份复杂，因此净化困难。目前世界上仅有很少一些国家在进行垃圾填气的回收利用，但主要是将垃圾填埋气脱水用于内燃机发电或者燃料产生蒸汽。为了进一步提高垃圾填埋气的使用价值，变废为宝，国内外利用浓缩净化技术把垃圾填埋气制成了高热值的生物质甲烷，并将其应用于天然气相关领域，现已成为国外垃圾填埋气行业开发应用的新方向。

混合气体的脱氧过程主要包括物理和化学方法，物理方法如吸附法，化学方法如燃烧法、催化燃烧法等。其中催化燃烧法主要是在催化剂存在下，利用还原氧化反应，将氧脱除。现有技术中，催化燃烧法主要用于气体总微量氧的脱除，采用贵金属催化剂，以氢气为还原剂，氢与氧转化为水而将氧脱除。如CN1175478A公开了一种脱氧催化剂，以TiO₂为主要载体，活性组分为贵金属钯和/或铂，贵金属含量为0.01～5％，主要用于氢气、氮气等气体中微量氧的脱除。CN110249A公开了一种脱氧除氢催化剂，以Ni、Mn元素为活性组分，碱土金属元素为助剂，Al₂O₃为载体，也主要用于氮气等中微量氧的脱除。CN1130542A公开了一种惰性气体脱除氧方法，采用的催化剂组成为：CuO25-50、ZnO20-40、Cr₂O₃10-30和石墨3-8，该方法也仅适用于氧含量小于5％的惰性气体脱氧。CN103159580A公开了一种净化提浓垃圾填埋气中甲烷的方法，起燃温度为400℃左右，氧气脱除到0.2％左右，其存在催化剂成本高、起燃温度比较高、且脱氧深度不够高、耐硫性能也不够好、气体空速较低等缺点。

综上，目前的脱氧催化剂还主要存在成本高、起燃温度高、耐硫性能差、脱氧深度低等问题，因此亟需开发一种制备工艺简单的新型的垃圾填埋气脱氧催化剂，促使该脱氧工艺大力应用，加快环境保护，变废为宝。

发明内容

针对现有催化剂的缺点，本发明的目的是提供一种制备工艺简单且具有起燃温度低、活性好、耐硫性能强、使用寿命长等特点的脱氧催化剂，该催化剂适用于垃圾填埋气的处理。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种贵金属及稀土复合型耐硫脱氧催化剂，催化剂组成包括活性组分和载体，所述活性组分为一种或多种任意比例的贵金属与一种或多种任意比例的稀土元素，以载体质量为基础，催化剂中各组分及含量为：贵金属质量为载体质量的0.1～0.2wt％，稀土元素质量为载体质量的1～5wt％。

所述载体为氧化铝球体、二氧化硅球体或者分子筛球体等。

本发明还提供了一种上述催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将载体筛去粉尘，用质量百分含量为5～10％碳酸钠溶液浸渍到载体完全湿润后，烘干待用；

(2)将活性组分的可溶性盐按照贵金属：载体的质量比为0.1～0.2：100、稀土元素：载体的质量比为1～5：100配制成水溶液，用碳酸钠溶液调节其pH值为8左右；