消除空氣中低濃度甲烷的方法

2023-09-19 13:11:25 2

專利名稱：消除空氣中低濃度甲烷的方法
技術領域：
本發明涉及一種消除空氣中低濃度甲烷氣體的方法。
背景技術：
甲烷是許多工業過程的排放物，也是重要的溫室效應氣體。隨著世界天然氣利用率的不斷增長，甲烷的低溫催化消除越來越受到人們的關注。傳統浸漬法製備的Pd/γ-Al2O3催化劑雖然具有大的比表面積，但對甲烷的低溫燃燒活性並不高，不能滿足低溫消除甲烷的要求。例如，天然氣機車尾氣中微量甲烷的消除對催化劑的要求是(1)催化劑應具有足夠高的低溫催化活性，在較高空速下(≥50,000h-1)，起燃溫度應在200～300℃或更低；(2)對低濃度的甲烷氣體(低於1000ppm)具有高的消除效率；(3)具有抗氧化性能和水熱穩定性等。目前，文獻報導的Pd/Al2O3催化劑的起燃溫度高於300℃，全轉化甲烷的溫度高於400℃(Appl.Catal.A，2001，222359；Appl.Catal.B，2003，41143)，且在較高溫度下使用時容易發生活性組分PdO的分解或載體燒結而使催化活性大大降低。據報導，在Pd/γ-Al2O3中引入稀土或鹼土金屬氧化物(如La2O3、BaO、CeO2等)助劑能夠顯著提高催化劑活性組分PdO特別是載體的熱穩定性，但令人遺憾的是，這些助劑在提高催化劑穩定性的同時，卻不同程度地降低了催化劑的活性。
本發明的目的是提供一種消除空氣中低濃度甲烷的方法。
一種消除空氣中低濃度甲烷的方法，其特徵在於使用載體為CeO2以及活性組分選自Pd、Pt其中的一種或兩種組成的催化劑，在常壓以及220～400℃的反應條件下，對空氣中含有體積濃度0.1～1％的甲烷進行消除。
以上所述的催化劑，它的活性組分含量為1～2wt％。
本發明在常壓下，氣體空速為50,000h-1(體積空速)時，對空氣中0.1～1％(體積濃度)甲烷的起燃溫度為220～300℃，100％完全轉化溫度為300～400℃。
本發明的催化劑採用沉積-沉澱法製備，具體過程為將Pd、Pt的鹽溶液與載體CeO2混合，控制體系溫度為20～80℃，用氨水、NaOH、Na2CO3、NaHCO3、KOH、K2CO3、KHCO3調節pH值至9-10，過濾，於100～200℃乾燥，350～500℃焙燒，300～400℃氫氣還原活化，製得催化劑。
上述所講的Pd鹽指的是氯化鈀、硝酸鈀、醋酸鈀；Pt鹽指的是氯鉑酸、四氯化鉑、乙酸鉑、乙醯丙酮鉑。
本發明的催化劑所用載體為CeO2為粉末。
本發明同現有技術相比具有以下優點1.甲烷的起燃溫度低，使用催化劑0.5ml在常壓、氣體空速為50,000h-1(體積空速)時，對空氣中0.1～1％CH4的起燃溫度最低為220℃；2.低溫下對甲烷的消除效率高，300～400℃可使甲烷的消除達100％；3.催化劑的製備方法簡單，重複性好。
實施例1採用9.8gCeO2載體，其形狀為粉末狀。將21.3ml濃度為0.0094gPd/ml的H2PdCl6溶液倒入上述載體中，並加入300mlH2O，於40℃攪拌2h，慢慢加入濃度為0.25mol/L的Na2CO3溶液，至pH為9，過濾，110℃乾燥5h，500℃焙燒3h，最後用H2於310℃下還原1h，製得催化劑。催化劑中Pd含量為2wt.％。
使用該催化劑0.5ml，在常壓、氣體空速為50,000h-1(體積空速)時，對空氣中1％CH4的起燃溫度為220℃，100％轉化溫度為300℃。
實施例2催化劑的製備方法同例1，不同的是CeO2載體為9.83g，活性組分換成46.0ml濃度為0.0037gPt/ml的H2PtCl6溶液，並乾燥，還原，製得催化劑。催化劑中Pt含量為1.7wt.％。
採用該催化劑0.5ml，在常壓、氣體空速為50,000h-1(體積空速)時，對空氣中0.1％CH4的起燃溫度為250℃，100％轉化溫度為340℃。
實施例3採用9.83gCeO2載體，其形狀為粉末狀。將16.0ml濃度為0.0094gPd/ml的H2PdCl6和5.4ml0.0037gPd/ml的H2PtCl6溶液倒入上述載體中，並加入300mlH2O，於60℃攪拌2h，慢慢加入濃度為0.25mol/L的Na2CO3溶液，至pH為10，過濾，110℃乾燥5h，500℃焙燒3h，最後用H2於310℃下還原1h，製得催化劑。催化劑中Pd和Pt總含量為1.7wt.％。
採用該催化劑0.5ml，使用與實施例1相同的條件，甲烷起燃溫度為256℃，100％轉化溫度為336℃。
權利要求
1.一種消除空氣中低濃度甲烷的方法，其特徵在於使用載體為CeO2以及活性組分選自Pd、Pt其中的一種或兩種組成的催化劑，在常壓以及220～400℃的反應條件下，對空氣中含有體積濃度0.1～1％的甲烷進行消除。
2.如權利要求1所說的方法，其特徵在於活性組分含量為1～2wt％。
全文摘要
本發明公開了一種消除空氣中低濃度甲烷氣體的方法。該方法使用載體為CeO
文檔編號B01J23/54GK1718274SQ20041006019
公開日2006年1月11日 申請日期2004年7月8日 優先權日2004年7月8日
發明者徐賢倫, 肖利華, 孫鯤鵬 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所