[發明專利]一種煤礦乏風低濃度甲烷燃燒整體催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201110320635.6
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102500393A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 陳麗娟;馮濤;王鵬飛;郝小禮;李石林;馬平原
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J23/656;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發明涉及一種低溫催化燃燒催化劑及其制備方法，特別涉及一種煤礦乏風低濃度甲烷燃燒整體催化劑及其制備方法。

背景技術

煤礦乏風瓦斯（VAM）是指煤礦為保證安全生產，由通風系統直接排放至大氣的礦井瓦斯，其中甲烷濃度通常在1%以下，是排放至大氣中溫室氣體的重要來源。在全球變暖日益加劇，溫室氣體減排壓力越來越大的形勢下，開發直接利用煤礦乏風瓦斯的工業技術具有重要意義。VAM中甲烷濃度低，而甲烷是最穩定的烴類，以傳統燃燒方式時，絕熱燃燒溫度大約為1900℃，在這一溫度下，會產生大量NO_x，形成光化學煙霧，給環境和人類健康造成極大危害。上世紀70年代pfefferle最早提出了催化燃燒，以降低起燃溫度、減少CO和NO_x，穩定燃燒為特點，引起了人們的廣泛重視（W.C.Pferrerle,?US3928961,1975）Catalysis?in?combustion,?Catal.Rev.-Sci.Eng,?1987,29:?219~267）。逆流反應器（FRR）首次由Frank?Kamenetski提出，其原理是通過控制閥周期性改變流向，在絕熱條件下，使達到起燃溫度的甲烷的燃燒熱供應反應床，維持床層溫度在甲烷起燃溫度，實現甲烷的穩定燃燒。本發明的催化燃燒催化劑主要適用于實驗室自制的催化逆流反應器(CFRR)。對于低濃度甲烷催化燃燒催化劑主要分為三類：貴金屬型、鈣鈦礦型、六鋁酸鹽型。比較而言：貴金屬催化劑（鈀和鉑）具有更高的催化活性和低起燃溫度以及抗中毒能力，但熱穩定性較低，高溫容易燒結。而后兩者熱穩定性高，但活性較低，起燃溫度高。

實用的催化燃燒催化劑多為整體催化劑，即以蜂窩陶瓷或耐熱合金為基體，在其上涂覆涂層為載體，再擔載活性組分。中國專利CN1013245B公開了一種凈化廢氣的催化劑及其生產方法，該專利技術采用擔載了貴金屬的氧化鋯和其他氧化物混合后制成含水稀漿洗涂蜂窩陶瓷基體，然后經干燥和焙燒來制備整體催化劑的方法，這種方法的局限在于高活性的貴金屬組分難以避免被其他氧化物覆蓋而不能均勻擔載于載體表面，影響了貴金屬組分的催化性能。中國專利CN0113374.X公開了一種處理有機工業廢氣的催化燃燒整體催化劑及其制備方法，以蜂窩陶瓷為基體，涂覆由Al₂O₃、TiO₂、CeO₂、ZrO₂混合氧化物涂層，經干燥焙燒后再通過浸漬法使貴金屬Pt活性組分擔載在載體上，這種方法一定程度上能使貴金屬在涂層上分散均勻，但由于高溫下PtO微晶和Al₂O₃的作用力較弱，容易聚集形成大的晶粒而使活性降低。中國專利CN200410091176.9公開了一種用于甲烷催化燃燒的金屬載體催化劑及其制備方法，以FeCrAl合金為載體，涂覆Al₂O₃過渡層，再擔載金屬氧化物固溶體。但該專利技術首先需對FeCrAl合金經無水乙醇、稀鹽酸、稀堿清洗、干燥、在800℃以上焙燒10-20小時，再以Al₂O₃膠體溶液反復浸泡、干燥、焙燒重復處理5~8次，最后擔載活性金屬氧化物組分。制備過程較為繁瑣，同時制備的催化劑用于處理濃度為2%的甲烷氣體，沒有涉及甲烷濃度低于1%的VAM的催化燃燒。

發明內容

本發明的目的在于提供一種窩陶瓷整體催化劑及制備方法，適用于實驗室自制催化逆流反應器(CFRR)中煤礦乏風瓦斯(VAM)的催化燃燒，并且其擔載的貴金屬催化劑具有高活性、高穩定性及高溫不易燒結特性。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是，一種煤礦乏風低濃度甲烷燃燒整體催化劑，由具有涂層的蜂窩陶瓷載體和擔載其上的貴金屬活性組分Pd組成，蜂窩陶瓷載體的涂層組成按重量百分比為：活性Al₂O₃占20%~80%；六鋁酸鹽ABAl₁₁O₁₉占20%~80%，元素A為Mg，Sr，?La，?Ce之中的一種或幾種元素，元素B為Fe，Co，Mn，之中的一種或幾種元素。

上述的煤礦乏風低濃度甲烷燃燒整體催化劑，所述的蜂窩陶瓷載體以堇青石為原料制成。

上述的煤礦乏風低濃度甲烷燃燒整體催化劑，所述的涂層所用的活性Al₂O₃為γ-Al₂O₃。