專利名稱：一種甲烷催化燃燒催化劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種催化劑及其制備方法，特別是涉及一種甲烷催化燃燒催化劑及其制備方法。
背景技術：
天然氣由于其儲量豐富、價格低廉、污染小、熱效率高等特點被譽為可替代煤和石油的新一代清潔能源。甲烷催化燃燒既可以提高能源的利用率，又可以減少燃燒過程中氮氧化物的生成，是一種環境友好的燃燒過程。目前，用于甲烷催化燃燒的催化劑以負載型貴金屬(活性組分為Pt、Pd、Rh等貴金屬)、鈣鈦礦型復合金屬氧化物和負載型過渡金屬催化劑最為普遍。負載型貴金屬是目前性能最好的甲烷燃燒催化劑，但這類催化劑價格昂貴，熱穩定性較差。鈣鈦礦型復合金屬氧化物和負載型過渡金屬催化劑具有較高的熱穩定性，但低溫催化活性不好。現有技術公開了一種甲烷催化燃燒催化劑，該催化劑采用尿素燃燒法制備氧化鈰、氧化鈷固溶體催化劑。但該催化劑制作相對復雜，起燃溫度和完全燃燒溫度較高。現有技術公開了一種天然氣及輕質燃燒反應催化劑，該催化劑的組成為堿土金屬、貴金屬和氧化鋁，催化劑各組分前驅物形態為各金屬元素的可溶性無機鹽或有機鹽，原料中須不含鹵素。該現有技術的催化劑使用場合為自熱式與加熱式催化燃燒器，能夠在284至350°C點燃反應，但其制備的催化劑成本高，起燃溫度高，不易操作等特點。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，擬設計一種甲烷催化燃燒的催化劑及其制備方法。該材料具有對甲烷催化效率高、催化溫度相對較低、成本低等特點。本發明提供一種甲烷催化燃燒催化劑，其特征在于，所述催化劑的組分和質量百分比為:96 98%的分子篩，I 3%的氧化鈷，I 3%的氧化鐵和O 3%的氧化釹。本發明提供一種甲烷催化燃燒催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
(1)配制濃度為0.05 0.25mol/l的過硫酸銨和過氧化氫的氧化改性劑混合溶液，且過硫酸銨和過氧化氫摩爾比為1:1，將分子篩浸潰于該混合溶液中超聲波清洗5 10分鐘，取出放入烘箱60 120°C干燥2 4小時；
(2)配制含有鈷、鐵和釹的混合鹽溶液，將步驟(I)制得的分子篩浸潰于混合鹽溶液中2 4小時，水浴加熱到60 90°C保持到水蒸干，取出放入烘箱中80 120°C干燥2 4小時；
(3)將步驟(2)中干燥后的分子篩取出放入馬弗爐中高溫500 600°C焙燒3 4小時，即得本發明的整體催化劑。所述的分子篩為5A、13X中的一種或其組合。所述的含有鈷、鐵和釹的混合鹽溶液為硝酸鈷、硝酸鐵和硝酸釹的混合溶液。本催化劑(40-60)目顆粒在固定床微型反應裝置上考察對甲烷的催化燃燒活性。固定床微型反應裝置的反應管直徑為6_，催化劑裝填量為2g，原料氣組成為V (甲烷):V(空氣)=1:99，空速18000m3/h。控制反應溫度的熱電耦于石英管內催化劑床層中心位置。反應前未經任何預處理。每個溫度點反應30min，使催化劑活性達到穩定，分別取反應前后的氣體，用氣相色譜進行定量分析。以下實施案例均按照該方法進行性能評價。本發明所得的催化劑用于甲烷催化燃燒反應，在空氣與甲烷體積比為99的條件下，可在250 300°C將50%甲烷催化燃燒，450 500°C將甲烷完全燃燒。該催化劑具有成本低廉，制備方法簡單等特點。
具體實施例方式下面對本發明的實施案例作詳細說明:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1:
稱取0.58g98%的過硫酸銨和0.29g30%的過氧化氫混和于20ml去離子水中，攪拌均勻配制成氧化改性劑混合溶液；稱取2g (40-60)目13X分子篩浸制于該溶液中在30°C下超聲處理5分鐘，取出放入烘箱100°C干燥2小時。將上步驟干燥后的分子篩浸潰于2ml的0.035g/ml的硝酸鈷和0.125g/ml的硝
酸鐵溶液中2h，100°C干燥3h后放入馬弗爐中550°C焙燒3h，然后取出碾磨成粉末狀，其中
Co2O3和Fe2O3的含量分別為1%和2.5%。該催化劑在空氣/甲烷(體積比)=99，氣體總空速
為lSOOOh—1，催化劑用 量為2g的條件催化反應性能如下:
溫度(°C)|200|250 |300 |350 |450 |500 ~
CH4 轉化率(％) |θ | 3.94 |37.14 |55.34 卜6.86 |92. Γ實施例2:
稱取0.58g98%的過硫酸銨和0.29g30%的過氧化氫混和于20ml去離子水中，攪拌均勻配制成氧化改性劑混合溶液；稱取2g (40-60)目13X分子篩浸制于該溶液中在30°C下超聲處理5分鐘，取出放入烘箱100°C干燥2小時。將上步驟干燥后的分子篩浸潰于2ml的0.07g/ml的硝酸鈷和0.125g/ml的硝酸
鐵溶液中2h，100°C干燥3h后放入馬弗爐中550°C焙燒3h，然后取出碾磨成粉末狀，其中
Co2O3和Fe2O3的含量分別為2%和2.5%。該催化劑在空氣/甲烷(體積比)=99，氣體總空速
為lSOOOh—1，催化劑用量為2g的條件催化反應性能如下:
溫度(°C)|200|250 |300 |350 |450 |500 ~
CH4 轉化率(％) |θ |24.24 K4.27 ΙθΟ.27 !83.47 |θ7.34~實施例3:
稱取0.58g98%的過硫酸銨和0.29g30%的過氧化氫混和于20ml去離子水中，攪拌均勻配制成氧化改性劑混合溶液；稱取2g (40-60)目13X分子篩浸制于該溶液中在30°C下超聲處理5分鐘，取出放入烘箱100°C干燥2小時。將上步驟干燥后的分子篩浸潰于2ml的0.035g/ml的硝酸鈷和0.05g/ml的硝酸鐵溶液中2h，100°C干燥3h后放入馬弗爐中550°C焙燒3h，然后取出碾磨成粉末狀，其中Co2O3和Fe2O3的含量分別為1%和1%。該催化劑在空氣/甲烷(體積比)=99，氣體總空速為lSOOOh—1，催化劑用量為2g的條件下催化反應性能如下:
權利要求
1.一種甲烷催化燃燒催化劑，其特征在于，所述催化劑的組分和質量百分比為:96 98%的分子篩，I 3%的氧化鈷，I 3%的氧化鐵和O 3%的氧化釹。
2.根據權利要求1所述一種甲烷催化燃燒催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)配制濃度為0.05 0.25mol/l的過硫酸銨和過氧化氫的氧化改性劑混合溶液，且過硫酸銨和過氧化氫摩爾比為1:1，將分子篩浸潰于該混合溶液中超聲波清洗5 10分鐘，取出放入烘箱60 120°C干燥2 4小時； (2)配制含有鈷、鐵和釹的混合鹽溶液，將步驟(I)制得的分子篩浸潰于混合鹽溶液中2 4小時，水浴加熱到60 90°C保持到水蒸干，取出放入烘箱中80 120°C干燥2 4小時； (3)將步驟(2)中干燥后的分子篩取出放入馬弗爐中高溫500 600°C焙燒3 4小時，即得本發明的整體催化劑。
3.根據權利要求2所述一種甲烷催化燃燒催化劑的制備方法，其特征在于，所述的分子篩為5A、13X中的一種或其組合。
4.根據權利要求2所述一種甲烷催化燃燒催化劑的制備方法，其特征在于，所述的含有鈷、鐵和釹的混合鹽溶液為硝酸鈷、硝酸鐵和硝酸釹的混合溶液。
全文摘要
本發明涉及一種甲烷催化燃燒催化劑，其特征在于，所述催化劑的組分和質量百分比為96～98%的分子篩，1～3%的氧化鈷，1～3%的氧化鐵和0～3%的氧化釹。本發明還涉及該催化劑的制備方法，包括如下步驟配制濃度為0.05～0.25mol/l的過硫酸銨和過氧化氫的氧化改性劑混合溶液，且過硫酸銨和過氧化氫摩爾比為11，將分子篩浸漬于該混合溶液中超聲波清洗，干燥；配制含有鈷、鐵和釹的混合鹽溶液，將制得的分子篩浸漬于混合鹽溶液中，水浴蒸干，干燥；將干燥后的分子篩焙燒，即得本發明的整體催化劑。本發明所得的催化劑用于甲烷催化燃燒反應，在空氣與甲烷體積比為99的條件下，可在250～300℃將50%甲烷催化燃燒,450～500℃將甲烷完全燃燒。該催化劑具有成本低廉，制備方法簡單等特點。
文檔編號C10L10/00GK103170359SQ20111043515
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者鄒娟珍, 姚煒, 周潔, 劉洋, 張豪杰, 何丹農 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司