一种天然气燃烧催化剂的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种天然气燃烧催化剂，属于催化剂领域。本发明的一种天然气燃烧催化剂由3~7份Ce2O3，5~14份Co3O4，2~7份NdMnAl11O19?α和12~27份异丙醇钡组成。本发明的一种天然气燃烧催化剂具有高温热稳定性好，催化活性高，制备容易，金属成本相对较低的特点。
【专利说明】
一种天然气燃烧催化剂
技术领域
[0001] 本发明涉及一种催化剂，特别是一种天然气燃烧催化剂。
【背景技术】
[0002] 天然气虽然因其含硫、含氮量低而被誉为可替代煤和石油的新一代清洁能源，但 传统的火焰燃烧法其火焰温度可达1500~2000 °C，如此高的温度可使空气中的N2转化为N0X 而造成严重的空气污染，催化燃烧法被认为是控制和消除N0X，C0和未完全燃烧烃类化合 物的有效方法，催化燃烧技术中的最大困难在于寻找一种高温热稳定性好、催化活性高的 催化剂。Pd，Pt等贵金属氧化物类催化剂催化活性虽高，但熔点低、易挥发，并且高温下易分 解并发生烧结，催化活性大幅度降低。
【发明内容】
[0003] 本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种高温热稳定性好，催化活 性高，制备容易，金属成本相对较低的天然气燃烧催化剂。本发明中的份数均指代质量份。
[0004] 本发明采用的技术方案如下： 本发明的一种天然气燃烧催化剂，由3~7份Ce2〇3，5~14份Co3〇4,2~7份NdMnAln0 19-a和12 ~27份异丙醇钡组成。
[0005] 由于采用了上述技术方案，用稀土金属和钴作为催化剂成本较钯、铂等较低，同 时，稀土金属氧化物由于能产生大量的活性固相，作为甲烷燃烧的催化剂不仅价格相对低 廉，同时催化效果好。
[0006] Ce2〇3可以为3~7份中的任意数值，例如4份，5份，6份;C〇3〇4可以为5~14份中的任意 数值，例如7份，9份，10份，12份，13份;NdMnAl η019-α可以为2~7份中的任意数值，例如3份，4 份，5份，6份;异丙醇钡可以为12~27份中的任意数值，例如13份，16份，19份，23份，25份。
[0007] 本发明的一种天然气燃烧催化剂，所述催化剂由蜂窝陶瓷作为载体，所述蜂窝陶 瓷内包括若干方孔通道。
[0008] 由于采用了上述技术方案，蜂窝陶瓷作为载体能够增大催化剂的接触面，方孔通 道能够扩大催化剂的表面积，提供较大的比表面，增加催化效果。
[0009] 先将载体进行预处理，用稀硝酸除去载体表面的污物，便于表面涂覆，再将涂层用 的催化剂研磨好，用均质剂处理使得催化剂均匀分散制成涂层液，将预处理后的载体浸入 涂层液中一段时间，经过干燥、焙烧、称量、再浸渍等循环过程数次，直到达到涂层负载质量 分数8.74%。
[0010] 本发明的一种天然气燃烧催化剂，所述蜂窝陶瓷的方孔通道的长为1~1.5_，空隙 率为43%~49%，比表面为1470~2360m 2/m3。
[0011] 由于采用了上述技术方案，蜂窝陶瓷作为载体催化效果好，成本最低。
[0012] 本发明的一种天然气燃烧催化剂，由7份Ce2〇3，8份Co3〇4，4份NdMnAln〇19- α和22份 异丙醇钡组成。
[0013] 由于采用了上述技术方案，上述比例为最佳比例值。
[0014] 本发明的一种天然气燃烧催化剂，所述NdMnAln019-a与异丙醇钡微乳化得气溶胶 粉末。
[0015] 由于采用了上述技术方案，催化燃烧又称催化稳定的热燃烧，低温阶段是表面动 力学控制区，此阶段主要是催化剂起主要作用，中温阶段属于质量扩散控制区，高温区为催 化稳定的热燃烧区，在此区域内，气相自由基反应起主导作用，NdMnAln0 19-α在100h反应后 活性便下降，表明该催化剂水热稳定性较差，但将NdMnAlnOia与异丙醇钡微乳化得气溶胶 粉末，由于反应在高温区进行，在此区域内气相自由基反应起主导作用，因而其催化活性较 NdMnAliiOig-α 更高。
[0016] 本发明的一种天然气燃烧催化剂，所述NdMnAlnOw通过以下步骤制备而成： 步骤一，将化学计量1:1:1的硝酸钕、硝酸锰和硝酸铝溶于去离子水中，加入一定量的 尿素，搅拌溶解； 步骤二，将完全溶解的体系放入高压釜中，在120~130°C，1.0~3. OMPa的条件下反应2h， 得到沉淀； 步骤三，用去离子水洗涤反应，在120°C条件下烘干后，于1200°C焙烧2h，得到 NdMnAln0i9-a〇
[0017] 本发明的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于所述NdMnAln019-a与异丙醇钡微乳 化得气溶胶粉末通过以下步骤制备而成： 步骤一，将化学计量1:1.5:1:1的NdMnAln019-a，异辛烷，正己醇和联苯酚聚氧乙烯醚甲 醛缩合物制成微乳液，在N2保护下逐滴加入异丙醇钡的异丙醇溶液，放置过夜； 步骤二，用丙酮洗涤后超临界干燥，干燥介质为无水乙醇，在260°C，8.OMPa条件下干燥 2h，得到粉末状固体； 步骤三，将粉末状固体在1200 °C焙烧2h，得到气溶胶粉末。
[0018] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： 1、用稀土金属和钴作为催化剂成本较钯、铂等较低，催化效果好。
[0019] 2、增大催化剂的接触面，扩大催化剂的表面积，提供较大的比表面，增加催化效 果。
[0020] 3、提高天然气燃烧的转化率，在高温区的转化率高于钯金属催化剂，转化率高达 96.2%，燃烧产生氮氧化物污染物明显降低。
【附图说明】
[0021] 图1是催化剂100h寿命试验； 图2是催化剂1与钯金属催化剂甲烷转化率对比曲线； 图3是催化剂2与钯金属催化剂甲烷转化率对比曲线； 图4是催化剂3与钯金属催化剂甲烷转化率对比曲线； 图5是催化剂4与钯金属催化剂甲烷转化率对比曲线； 图6是催化剂5与钯金属催化剂甲烷转化率对比曲线。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0024] 实施例1 如图1和图2所示，一种天然气燃烧催化剂，催化剂1，由3份Ce2〇3，5份C〇3〇4，2份 NdMnAlnO^-a和12份异丙醇钡组成，NdMnAlnO^-a与异丙醇钡微乳化得气溶胶粉末，气溶胶 粉末与Ce2〇 3，C〇3〇4混合均匀后，作为涂层涂于载体表面。
[0025]本发明的天然气燃烧催化剂由蜂窝陶瓷作为载体，蜂窝陶瓷内包括若干方孔通 道，蜂窝陶瓷的方孔通道的长为1mm，空隙率为43%，比表面为1470m2/m3,蜂窝陶瓷包括燃烧 室和二次补气室，所述燃烧室与二次补气室相连，所述方孔通道设于燃烧室内，所述二次补 气室设有若干补气孔，所述补气孔与燃烧室联通。
[0026]本实施例的催化剂1在300~800°C甲烷转化率测试数据如表1所示，以钯金属催化 剂相对比，较钯金属催化剂在高温区（700~800°C )的转化率高。
[0027] 表 1
实施例2 如图1和图3所示，一种天然气燃烧催化剂，催化剂2，由7份Ce203，14份C〇3〇4，7份 NdMnAln019-a和27份异丙醇钡组成，NdMnAln0 19-a与异丙醇钡微乳化得气溶胶粉末，气溶胶 粉末与Ce20 3，C〇304混合均匀后，作为涂层涂于载体表面。
[0028] 本发明的天然气燃烧催化剂由蜂窝陶瓷作为载体，蜂窝陶瓷内包括若干方孔通 道，蜂窝陶瓷的方孔通道的长为1.5mm，空隙率为49%，比表面为2360m 2/m3,蜂窝陶瓷包括燃 烧室和二次补气室，所述燃烧室与二次补气室相连，所述方孔通道设于燃烧室内，所述二次 补气室设有若干补气孔，所述补气孔与燃烧室联通。
[0029]本实施例的催化剂2在300~800°C甲烷转化率测试数据如表2所示，以钯金属催化 剂相对比，较钯金属催化剂在高温区（700~800°C )的转化率高。
[0030]表 2
实施例3 如图1和图4所示，一种天然气燃烧催化剂，催化剂3,由4份Ce2〇3,9份Co3〇4,6份 NdMnAlnO^-a和14份异丙醇钡组成，NdMnAlnO^-a与异丙醇钡微乳化得气溶胶粉末，气溶胶 粉末与Ce203，C〇304混合均匀后，作为涂层涂于载体表面。
[0031 ]本发明的天然气燃烧催化剂由蜂窝陶瓷作为载体，蜂窝陶瓷内包括若干方孔通 道，蜂窝陶瓷的方孔通道的长为1.3_，空隙率为47%，比表面为1550m2/m3,蜂窝陶瓷包括燃 烧室和二次补气室，所述燃烧室与二次补气室相连，所述方孔通道设于燃烧室内，所述二次 补气室设有若干补气孔，所述补气孔与燃烧室联通。
[0032]本实施例的催化剂3在300~800°C甲烷转化率测试数据如表3所示，以钯金属催化 剂相对比，较钯金属催化剂在高温区（700~800°C )的转化率高。
[0033] 表 3
实施例4 如图1和图5所示，一种天然气燃烧催化剂，催化剂4,由7份Ce203,8份C〇3〇4,4份 NdMnAln019-a和22份异丙醇钡组成，NdMnAln0 19-a与异丙醇钡微乳化得气溶胶粉末，气溶胶 粉末与Ce20 3，C〇304混合均匀后，作为涂层涂于载体表面。
[0034] 本发明的天然气燃烧催化剂由蜂窝陶瓷作为载体，蜂窝陶瓷内包括若干方孔通 道，蜂窝陶瓷的方孔通道的长为1.2mm，空隙率为45%，比表面为2000m 2/m3,蜂窝陶瓷包括燃 烧室和二次补气室，所述燃烧室与二次补气室相连，所述方孔通道设于燃烧室内，所述二次 补气室设有若干补气孔，所述补气孔与燃烧室联通。
[0035]本实施例的催化剂4在300~800°C甲烷转化率测试数据如表4所示，以钯金属催化 剂相对比，较钯金属催化剂在高温区（700~800°C )的转化率高。
[0036] 表4
实施例5 如图1和图6所示，一种天然气燃烧催化剂，催化剂5，由5份Ce203，11份C〇3〇4，3份 NdMnAln019-a和20份异丙醇钡组成，NdMnAln0 19-a与异丙醇钡微乳化得气溶胶粉末，气溶胶 粉末与Ce20 3，C〇304混合均匀后，作为涂层涂于载体表面。
[0037] 本发明的天然气燃烧催化剂由蜂窝陶瓷作为载体，蜂窝陶瓷内包括若干方孔通 道，蜂窝陶瓷的方孔通道的长为1.4_，空隙率为44%，比表面为2200m 2/m3,蜂窝陶瓷包括燃 烧室和二次补气室，所述燃烧室与二次补气室相连，所述方孔通道设于燃烧室内，所述二次 补气室设有若干补气孔，所述补气孔与燃烧室联通。
[0038]本实施例的催化剂5在300~800°C甲烷转化率测试数据如表5所示，以钯金属催化 剂相对比，较钯金属催化剂在高温区（700~800°C )的转化率高。
[0039] 表 5 买施例6
本发明中，NdMnAliiOig-α通过以下步骤制备而成： 步骤一，将化学计量1:1:1的硝酸钕、硝酸锰和硝酸铝溶于去离子水中，加入适量的尿 素，搅拌溶解； 步骤二，将完全溶解的体系放入高压釜中，在120~130°C，1.0~3. OMPa的条件下反应2h， 得到沉淀； 步骤三，用去离子水洗涤反应，在120°C条件下烘干后，于1200°C焙烧2h，得到 NdMnAlnOig-α。
[0040] ΜΜηΑ1η019-α与异丙醇钡微乳化得气溶胶粉末通过以下步骤制备而成： 步骤一，将化学计量1:1.5:1:1的NdMnAln019-a，异辛烷，正己醇和联苯酚聚氧乙烯醚甲 醛缩合物制成微乳液，在N2保护下逐滴加入异丙醇钡的异丙醇溶液，放置过夜； 步骤二，用丙酮洗涤后超临界干燥，干燥介质为无水乙醇，在260°C，8.OMPa条件下干燥 2h，得到粉末状固体； 步骤三，将粉末状固体在1200 °C焙烧2h，得到气溶胶粉末。
[0041 ] 实施例7 将催化剂涂于蜂窝陶瓷载体的步骤如下： 步骤一，用稀硝酸除去蜂窝陶瓷载体表面的污物，再用去离子水涮洗三遍； 步骤二，将作为涂层用的催化剂按比例配置好，研磨后，用均质剂处理使得催化剂均匀 分散制成涂层液； 步骤三，将经过预处理的蜂窝陶瓷载体浸入涂层液中一段时间，经过干燥、焙烧、称量、 再浸渍等循环过程数次，直到达到涂层负载质量分数8.74%。
[0042]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种天然气燃烧催化剂，其特征在于：由质量份3~7份Ce2〇3，5~14份Co3〇4，2~7份 NdMnAlnOw-α和12~27份异丙醇钡组成。2. 如权利要求1所述的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于：所述催化剂由蜂窝陶瓷 作为载体，所述蜂窝陶瓷内包括若干方孔通道。3. 如权利要求2所述的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于:所述蜂窝陶瓷的方孔通道 的长为1~1.5mm，空隙率为43%~49%，比表面为1470~2360m 2/m3。4. 如权利要求2或3所述的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于：由7份Ce2〇3，8份C〇3〇4,4 份NdMnAlnO^a和22份异丙醇钡组成。5. 如权利要求4所述的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于:所述NdMnAlii0i9-a与异丙 醇钡微乳化得气溶胶粉末。6. 如权利要求5所述的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于所述NdMnAlii0i9-a通过以下 步骤制备而成： 步骤一，将化学计量1:1:1的硝酸钕、硝酸锰和硝酸铝溶于去离子水中，加入一定量的 尿素，搅拌溶解； 步骤二，将完全溶解的体系放入高压釜中，在120~130°C，1.0~3.OMPa的条件下反应2h， 得到沉淀； 步骤三，用去离子水洗涤反应，在120°C条件下烘干后，于1200°C焙烧2h，得到 NdMnAln0i9-a〇7. 如权利要求5或6所述的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于所述NdMnAln019-a与异 丙醇钡微乳化得气溶胶粉末通过以下步骤制备而成： 步骤一，将化学计量1:1.5:1:1的NdMnAln019-a，异辛烷，正己醇和联苯酚聚氧乙烯醚甲 醛缩合物制成微乳液，在N2保护下逐滴加入异丙醇钡的异丙醇溶液，放置过夜； 步骤二，用丙酮洗涤后超临界干燥，干燥介质为无水乙醇，在260°C，8.OMPa条件下干燥 2h，得到粉末状固体； 步骤三，将粉末状固体在1200 °C焙烧2h，得到气溶胶粉末。
【文档编号】B01J31/36GK105854954SQ201610194273
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】李娟
【申请人】四川九鼎智远知识产权运营有限公司