[发明专利]一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂及其制备方法和应用。该催化剂的主要活性组分为贵金属钯及其氧化物，载体为富铝的镁铝复合氧化物，助剂为轻稀土氧化物Y₂O₃、La₂O₃、CeO₂、Pr₂O₃中的一种或几种组合，所述主要活性组分以元素Pd计其重量占催化剂重量的0.5‑2%；助剂轻稀土氧化物占催化剂重量的0.5‑5%；载体中氧化镁的重量含量为18‑44%，氧化铝的重量含量为56‑82%；主要活性组分与助剂以共浸渍方式引入。本发明催化剂制备方法简单，具有起燃温度低、稳定性好、适应空燃比宽的特点，催化剂适用于以油田伴生尾气中甲烷催化燃烧过程，以及其它高浓度二氧化碳气氛下低碳烃的燃烧过程。

技术领域

本发明涉及一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

油田伴生尾气是在油田开采过程中伴随石油液体排出的不能被直接利用的气体。在采用火驱或气驱（如CO₂驱）等高采收技术开采石油过程中，石油中蕴藏的甲烷气会随着驱油气一起排出，成为油田开采过程的伴生气，浓度高（30 vol.%）的伴生气可被直接或间接利用，而含量低的伴生气（一般含1~10 vol.%的甲烷）由于不能被直接燃烧利用，大部分被直接就地放空，形成油田开采过程的伴生甲烷尾气。根据2012年中国石油天然气股份有限公司对零散及边远井区排气量的统计资料显示，2142口天然气排气单井日总排气量148.11万立方米，单井平均日排气量为700立方米；315座天然气站厂日总排气量达185.72万立方米，日放空气量低于5000立方米的站厂有174座，占总放空站厂数的63.5%，占排气总量17.7%。这些地方的油田伴生甲烷尾气单井排放量相对较小，排放分布零散，尾气排放总量高，甲烷含量低，二氧化碳含量高（70~80%），目前因回收技术不经济而直接排空。

油田伴生尾气因其情况特殊而受到越来越多的关注，但对于油田伴生甲烷尾气的综合治理研究还是一片空白。高浓度甲烷的利用技术已相对成熟，而与一般的燃气系统不同，油田伴生尾气中二氧化碳浓度较高而甲烷含量相对较低（10 vol.%），高浓度CO₂的存在，将在一定程度上抑制催化剂的甲烷氧化性能，特别在温度较高时，H₂O的抑制作用可以被忽略，而CO₂的抑制作用仍然存在。因此，有必要开发一种针对高浓CO₂下低浓度甲烷尾气燃烧催化剂。

与其它烃类相比，甲烷中C-H键较难活化。甲烷燃烧催化剂的研发主要分为两大类，一类是Pt、Pd、Rh等负载型贵金属催化剂，另一类是钙钛矿等氧化物型催化剂。其中Pd在甲烷催化燃烧中具有较高的催化活性而成为研究的焦点。与其它氧化型催化剂相比，Pd资源稀缺价格相对较高，如何提高贵金属Pd的利用率是过去乃至将来研发的目标之一。同时如何解决负载型Pd基催化剂在使用过程中存在稳定性不足的问题，也是研究的重点。研究表明催化剂的性能受活性相组成价态、载体组成与性质、以及催化剂形貌影响显著。而催化剂中活性相的价态形貌很大程度上取决于催化剂的制备方法。也就是说催化剂的性能很大程度上由其组成和制备方法所决定。