[發明專利]一種Co3

在審

• 申請號: 202010036002.1
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111151253A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 李孔齋;李丹陽;徐瑞東;王華;田夢爽
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;F23G7/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種Co₃O₄基蓄熱型催化劑及其制備方法與在催化甲烷燃燒中的應用，屬于甲烷燃燒催化劑技術領域。本發明Co₃O₄基蓄熱型催化劑，活性組分為Co₃O₄，載體為核殼結構SiAl@Al₂O₃或SiCu@Al₂O₃相變蓄熱材料，以催化劑的質量百分數計，活性組分占10~90%。本發明利用潛熱蓄熱材料相變過程吸收或放出相變潛熱的原理完成蓄熱，具有蓄熱密度大、相變時溫度穩定的特點，制備出催化甲烷燃燒的蓄熱型催化劑，將相變蓄熱應用于低濃度甲烷催化燃燒，賦予整個催化劑床層熱交換器的功能，以改善床層熱環境，擴大系統自熱運行與供熱環節的操作空間，提升燃燒及供熱效率。

技術領域

本發明涉及一種Co₃O₄基蓄熱型催化劑及其制備方法與在催化甲烷燃燒中的應用，屬于甲烷燃燒催化劑技術領域。

背景技術

煤礦乏風（俗稱瓦斯，一種以甲烷為主要成分、吸附于煤層內的非常規天然氣）作為燃料，通過催化燃燒方式實現低品位甲烷的高效熱能轉化，是一種可以實現大規模利用的方式。常規燃燒技術中，甲烷的可燃范圍為5-15%，當空氣中甲烷濃度低于5%時，不能被點燃或維持燃燒，除非環境溫度超過 1000℃，然而由于甲烷濃度過低，其反應熱難以維持這樣的高溫。目前解決這一問題的可行方案有兩個：一是發展新型催化劑使反應溫度大幅降低；二是改進燃燒工藝、優化反應器設計使反應器自熱維持較高溫度運行，以滿足低濃度甲烷的燃燒條件。

反應器需維持較高溫度，能夠將反應熱蓄積在反應器中的蓄熱式催化氧化裝置主要有催化逆流反應器和整體式催化燃燒反應器兩類，其都適用于低濃度甲烷的燃燒反應，催化逆流反應器對甲烷濃度變化的適應性更強，整體式催化燃燒反應器更輕巧，但兩者也都存在不容忽視的缺點。其中，催化劑床層易發生飛溫現象、高效取熱與自熱運行較難協調等是兩者都存在的問題?；瘜W反應工程學的經驗表明，當單純依靠功能化反應器不能滿足化學反應過程中傳熱傳質與催化反應高效穩定運行相協調的要求時，就必須同時借助于多功能催化劑的使用。盡管催化逆流反應器和整體式催化燃燒系統中都引入了蓄熱技術，將甲烷燃燒的反應熱用于反應氣的預熱，使其達到甲烷燃燒的反應溫度。但它們都用的是顯熱式蓄熱。這種利用材料的熱容特性，通過溫度升高來存儲熱量的蓄熱方式對催化劑床層的飛溫和熱點現象沒有控制力。另一方面，催化逆流反應器系統中的蓄熱介質和催化劑孤立存在，熱量釋放后被氣體帶走，至蓄熱介質處方有熱交換，蓄熱作用相對于反應器溫升現象有明顯的滯后，必須延長反應器縱深才能實現有效蓄熱，這既影響系統經濟性，又會造成一定的熱量損失，降低了能源利用效率。

發明內容

本發明針對低濃度甲烷催化燃燒系統自熱運行與供熱間的結構性矛盾和催化劑床層飛溫等技術問題，提供一種Co₃O₄基蓄熱型催化劑及其制備方法與在催化甲烷燃燒中的應用，本發明利用潛熱蓄熱材料相變過程吸收或放出相變潛熱的原理完成蓄熱，具有蓄熱密度大、相變時溫度穩定的特點，制備出催化甲烷燃燒的蓄熱型催化劑，將相變蓄熱應用于低濃度甲烷催化燃燒，賦予整個催化劑床層熱交換器的功能，以改善床層熱環境，擴大系統自熱運行與供熱環節的操作空間，提升燃燒及供熱效率。

本發明催化甲烷燃燒的Co₃O₄基蓄熱型催化劑，以熱穩定較高且具備催化活性的核殼結構SiAl@Al₂O₃或SiCu@Al₂O₃相變蓄熱材料作為載體，將活性組分Co₃O₄基負載到高溫相變蓄熱材料上得到催化甲烷燃燒的蓄熱型催化劑。