[發(fā)明專利]甲烷氧化催化劑、其制備工藝及其使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780053102.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109689208B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·T·塔尼弗;M·蘇爾赫爾茲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際殼牌研究有限公司
• 主分類號(hào): B01J37/02
• 分類號(hào): B01J37/02;B01J37/08;B01J21/06;B01J23/38;B01J23/44;B01J35/00;B01D53/56;B01D53/72;B01D53/94
• 代理公司: 中國(guó)貿(mào)促會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 王長(zhǎng)青

本發(fā)明提供一種用于制備甲烷氧化催化劑的包含機(jī)械化學(xué)處理的工藝、一種由此制備的甲烷氧化催化劑和一種氧化甲烷的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及甲烷氧化催化劑，制備甲烷氧化催化劑的方法，通過(guò)該方法制備的甲烷氧化催化劑和使用甲烷氧化催化劑的方法。

背景技術(shù)

石油衍生的燃料如汽油、煤油和柴油的最豐富且在經(jīng)濟(jì)上可行的替代品之一是天然氣。因此，針對(duì)運(yùn)輸和固定應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商正在將其注意力從傳統(tǒng)的石油衍生的燃料轉(zhuǎn)向更便宜、燃燒更清潔且更環(huán)保的壓縮天然氣(compressed natural gas，CNG)或液化天然氣(liquefied natural gas，LNG)燃料。近年來(lái)，已經(jīng)作出了相當(dāng)大的投資和努力來(lái)擴(kuò)展天然氣燃料供應(yīng)鏈/基礎(chǔ)設(shè)施并開(kāi)發(fā)天然氣專用發(fā)動(dòng)機(jī)硬件，以便能夠廣泛地推廣天然氣作為燃料。天然氣的主要成分是甲烷。天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣可能含有一些殘余含量的甲烷，其必須在廢氣被排放到大氣中之前減少，以便滿足當(dāng)前和未來(lái)的環(huán)境排放法規(guī)。減少?gòu)U氣中殘余甲烷含量的一種方法是將甲烷催化氧化成二氧化碳和水。當(dāng)前用于處理廢氣的催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑并非設(shè)計(jì)用于轉(zhuǎn)化甲烷。由于甲烷燃燒需要相對(duì)高的活化溫度，因此甲烷通常會(huì)以未轉(zhuǎn)化形式穿過(guò)此類催化轉(zhuǎn)化器。

先前已報(bào)告過(guò)用于甲烷氧化的催化劑。在WO2009/057961中，公開(kāi)了一種含有負(fù)載在氧化鋁上的鈀和鉑的催化劑，以用于處理來(lái)自雙燃料即柴油和LNG燃料車(chē)輛的廢氣。據(jù)稱所述催化劑的優(yōu)選鈀:鉑比為1.0:0.1-0.3，并且沉積在氧化鋁載體上。然而，這些鈀-鉑/氧化鋁材料的性能優(yōu)勢(shì)是在進(jìn)料中不存在H₂O的情況下展示的。眾所周知，在運(yùn)輸和固定應(yīng)用中來(lái)自天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣含有通常在9-17體積％范圍內(nèi)的非常高含量的H₂O。已知廢氣中這些相當(dāng)高的H₂O含量對(duì)鈀-鉑/氧化鋁催化劑的活性和這些催化劑在甲烷氧化反應(yīng)中的穩(wěn)定性具有非常顯著的不利影響。因此，預(yù)期這些現(xiàn)有技術(shù)的基于氧化鋁的催化劑在涉及轉(zhuǎn)化含有相當(dāng)高含量的水的廢氣中的甲烷的商業(yè)應(yīng)用中將遭受過(guò)度活性喪失和活性下降速率。

US5741467公開(kāi)了分別用作貧燃料或富燃料甲烷氧化的甲烷氧化催化劑的混合型鈀/氧化鋁和鈀/二氧化鈰/氧化鑭氧化鋁基面涂層(wash coat)配制物。另外，US5741467公開(kāi)了銠可以用于完全或部分替代鈀。然而，這些催化配制物在老化后表現(xiàn)出非常低的甲烷氧化活性，如由其對(duì)在本領(lǐng)域中一般稱為T(mén)₅₀(CH₄)的50體積％甲烷轉(zhuǎn)化的高溫要求(高于500℃)所說(shuō)明。由這些催化劑表現(xiàn)出的低甲烷氧化活性和快速活性下降表明這些催化配制物很可能不會(huì)被商業(yè)天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣處理應(yīng)用中的甲烷消除所接受或利用。

US660248公開(kāi)了用于從含有甲烷和過(guò)量氧的廢氣中除去烴的催化劑。催化劑包含負(fù)載在至少一種選自氧化鋯、硫酸化氧化鋯和鎢-氧化鋯的載體上的鈀或鈀/鉑。與先前所論述的基于氧化鋁的催化劑相比，所公開(kāi)的基于氧化鋯的催化劑在甲烷氧化活性方面表現(xiàn)出改進(jìn)的性能，然而這些催化劑的按照?qǐng)?bào)告的活性仍然太低而不具有商業(yè)應(yīng)用的吸引力。

因此，需要表現(xiàn)出更高的甲烷氧化活性以有效地從來(lái)自天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中除去未燃燒的甲烷的甲烷氧化催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧化鋯包含特定重量比范圍內(nèi)的四方和單斜氧化鋯時(shí)，包含一種或多種負(fù)載在氧化鋯上的貴金屬的催化劑可顯示出改進(jìn)的甲烷氧化性能。