[发明专利]一种脱氧催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种脱氧催化剂及其制备方法，所述脱氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：（1）采用含有Nd、镍的混合液共浸渍氧化硅，然后经干燥、高温焙烧处理后制得改性氧化硅；（2）将钴负载在步骤（1）制得的改性氧化硅上，经干燥、焙烧后制得负载钴的氧化硅；（3）将硫酸酰铈和步骤（3）制备的负载钴的氧化硅混捏成型，经干燥、焙烧后制得脱氧催化剂。该催化剂用于煤层气脱氧具有活性高、反应温度低、制备方法简单、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及一种脱氧催化剂及其制备方法和应用，具体地说涉及一种煤气层脱氧复合物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

煤层气开发利用的关键在于脱除其中的氧气，现有的煤层气脱氧技术主要有变压吸附分离法，焦炭燃烧法，催化脱氧法等。中国专利ZL85103557 公布了一种利用变压吸附法从煤层气中分离富集甲烷的方法。一般情况下，甲烷在浓缩提纯过程中排放废气的氧含量也被浓缩提高，由于废气中不可避免的含有5~15%的甲烷，致使排放的废气处于甲烷的爆炸极限范围，存在爆炸危险，这使得该技术的应用受到限制。

焦炭燃烧法脱氧（ZL02113627.0、200610021720.1）是在高温条件下，富含甲烷气体中的氧与焦炭反应，同时部分甲烷与氧反应从而达到脱氧目的。其优点在于约70%的氧与焦炭反应，30%的氧与甲烷反应，因此甲烷损失较小。但缺点在于要消耗宝贵的焦炭资源，焦炭消耗成本约占整个运行费用的50%左右。此外，焦炭脱氧法在加焦、出渣时劳动强度大，环境灰尘大，难以实现自控操作及大规模生产，且焦炭中带有多种形态的硫化物，导致除氧后气体中含硫量增加。

国内外研究负载型贵金属催化剂的技术较为成熟。如中科院大连物化所在催化剂体系中添加具有储放氧功能的稀土铈组份，制备出新型负载型钯贵金属催化剂，可以将甲烷浓度为39.15%，氧气浓度为12.6%的煤层气脱氧处理后，产气中氧气浓度在0.1%以内，氧气转化率高于96%。由于贵金属催化剂价格昂贵且资源有限，应用范围受到限制。而非贵金属氧化物催化剂原料廉价易得，因而受到极大关注。但是非贵金属受活性所限，需要在较高的温度进行反应，能耗较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种煤层气脱氧催化剂及其制备方法。该催化剂用于煤层气脱氧具有活性高、反应温度低、制备方法简单、成本低等优点。

一种脱氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）采用含有Nd、镍的混合液共浸渍氧化硅，然后经干燥、高温焙烧处理后制得改性氧化硅；

（2）将钴负载在步骤（1）制得的改性氧化硅上，经干燥、焙烧后制得负载钴的氧化硅；

（3）将硫酸酰铈和步骤（3）制备的负载钴的氧化硅混捏成型，经干燥、焙烧后制得脱氧催化剂。

上述方法，步骤（1）中所述的含有Nd、镍的混合液中，金属离子Nd、镍的摩尔浓度相同，一般为0.1-2.5mol/L，优选0.5-1.5mol/L，干燥后于700℃~1000℃下焙烧1h-10h，优选干燥后在800℃~900℃下焙烧2h-8h。浸渍优选采用等体积浸渍法。所述氧化硅可以采用市售商品或按照现有技术进行制备。Nd、镍来源于其对应的盐，如硝酸盐、硫酸盐、氯化盐等。采用Nd、镍混合液浸渍氧化硅后进行高温焙烧，在氧化硅的内外表面生成具有钙钛矿结构的铌镍复合氧化物，具有钙钛矿结构的复合氧化物能够提高氧化硅表明的氧浓度，并且能够抑制钴的烧结、失活。

上述方法，步骤（2）中负载钴的氧化硅的制备可采用常规技术，包括将钴负载在氧化硅上的任一方法。具体可采用将含钴的化合物浸渍负载在成型氧化硅或者将含钴的化合物同氧化硅粉体混捏成型，然后经干燥焙烧制得负载钴的氧化硅。所述负载钴的化合物可以为硝酸钴、硫酸钴、溴化钴、氯化钴中的一种或几种。所述干燥时间为1-5h，优选2-4h，干燥温度为90-150℃，优选100-130℃；所述焙烧时间为3-8h，优选4-6h，温度为300-600℃，优选400-500℃。