一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂及其制备方法和应用。该催化剂的主要活性组分为贵金属钯及其氧化物，载体为富铝的镁铝复合氧化物，助剂为轻稀土氧化物Y2O3、La2O3、CeO2、Pr2O3中的一种或几种组合，所述主要活性组分以元素Pd计其重量占催化剂重量的0.5‑2%；助剂轻稀土氧化物占催化剂重量的0.5‑5%；载体中氧化镁的重量含量为18‑44%，氧化铝的重量含量为56‑82%；主要活性组分与助剂以共浸渍方式引入。本发明专利技术催化剂制备方法简单，具有起燃温度低、稳定性好、适应空燃比宽的特点，催化剂适用于以油田伴生尾气中甲烷催化燃烧过程，以及其它高浓度二氧化碳气氛下低碳烃的燃烧过程。

Combustion catalyst for associated tail gas of oil field, preparation method and application thereof

The invention relates to a combustion catalyst for an associated tail gas in an oil field, a preparation method and an application thereof. The main active component of the catalyst consists of noble metal palladium oxide, carrier for mg Al composite oxides of Al rich, AIDS is one or several light rare earth oxides of Y2O3, La2O3, CeO2, Pr2O3, the main active component in Pd element which accounts for the weight of the weight of the catalyst 0.5 2%; light rare earth oxide catalyst accounted for 0.5 of the weight of 5%; content carrier Magnesium Oxide weighs 18 44%, alumina content weight of 56 82%; the main active components and additives introduced by CO impregnation method. The catalyst of the invention has simple preparation method, low ignition temperature, good stability, wide adaptation of air-fuel ratio characteristics of the catalyst is applicable to oilfield associated gas methane catalytic combustion process, and other high concentration carbon dioxide atmosphere under low carbon hydrocarbon combustion process.

【技术实现步骤摘要】
一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
油田伴生尾气是在油田开采过程中伴随石油液体排出的不能被直接利用的气体。在采用火驱或气驱（如CO2驱）等高采收技术开采石油过程中，石油中蕴藏的甲烷气会随着驱油气一起排出，成为油田开采过程的伴生气，浓度高（>30vol.%）的伴生气可被直接或间接利用，而含量低的伴生气（一般含1~10vol.%的甲烷）由于不能被直接燃烧利用，大部分被直接就地放空，形成油田开采过程的伴生甲烷尾气。根据2012年中国石油天然气股份有限公司对零散及边远井区排气量的统计资料显示，2142口天然气排气单井日总排气量148.11万立方米，单井平均日排气量为700立方米；315座天然气站厂日总排气量达185.72万立方米，日放空气量低于5000立方米的站厂有174座，占总放空站厂数的63.5%，占排气总量17.7%。这些地方的油田伴生甲烷尾气单井排放量相对较小，排放分布零散，尾气排放总量高，甲烷含量低，二氧化碳含量高（70~80%），目前因回收技术不经济而直接排空。油田伴生尾气因其情况特殊而受到越来越多的关注，但对于油田伴生甲烷尾气的综合治理研究还是一片空白。高浓度甲烷的利用技术已相对成熟，而与一般的燃气系统不同，油田伴生尾气中二氧化碳浓度较高而甲烷含量相对较低（<10vol.%），高浓度CO2的存在，将在一定程度上抑制催化剂的甲烷氧化性能，特别在温度较高时，H2O的抑制作用可以被忽略，而CO2的抑制作用仍然存在。因此，有必要开发一种针对高浓CO2下低浓度甲烷尾气燃烧催化剂。与其它烃类相比，甲烷中C-H键较难活化。甲烷燃烧催化剂的研发主要分为两大类，一类是Pt、Pd、Rh等负载型贵金属催化剂，另一类是钙钛矿等氧化物型催化剂。其中Pd在甲烷催化燃烧中具有较高的催化活性而成为研究的焦点。与其它氧化型催化剂相比，Pd资源稀缺价格相对较高，如何提高贵金属Pd的利用率是过去乃至将来研发的目标之一。同时如何解决负载型Pd基催化剂在使用过程中存在稳定性不足的问题，也是研究的重点。研究表明催化剂的性能受活性相组成价态、载体组成与性质、以及催化剂形貌影响显著。而催化剂中活性相的价态形貌很大程度上取决于催化剂的制备方法。也就是说催化剂的性能很大程度上由其组成和制备方法所决定。目前为止，Pd基催化剂涉及的载体主要包括Al2O3、SiO2、ZrO2、SnO2、沸石以及其它金属氧化物等。如CN201310682164公开了一种水热合成Fe、Co改性CeO2载体浸渍负载Pd催化剂用于甲烷催化燃烧。专利CN201510040514公开了一种用于甲烷催化燃烧的催化剂及其制备方法，由CeO2-Co3O4双组分载体和贵金属Pd组成，催化剂中CeO2的质量百分含量为0.%-5%，Pd的质量百分含量为0.1-0.5%。CN201310159743公开了一种甲烷催化燃烧钯基催化剂，以贵金属钯为活性组分，拟薄水铝为铝源制备的中孔氧化铝为载体。CN201310044368公开了一种用于甲烷催化燃烧的碳纳米管负载钯的催化剂及其制备。专利WO2004103554A1公开了一种氧化锡负载Pt或Pt-Pd催化剂用于甲烷催化燃烧。专利CN200910012670公开了一种煤层气脱氧催化剂及制备方法，催化剂以0.01-5%的铂族贵金属（Pd、Pt、Ru、Rh、Ir等中的一种或几种）为催化剂活性组分，含1-10%的K2O、MgO、CaO等碱金属或碱土金属氧化物等中的一种或几种组合，催化剂中的多组分为二氧化铈基复合氧化物Ce-M-O（M=Zr,Sm,Zr&Al,Zr&Y等），催化剂经还原后制得。专利CN201110388703公开了一种低浓度甲烷燃烧催化剂的制备方法，以贵金属Pd、Pt、Ru等中的一种或几种组合作为催化剂活性组分，利用浸渍法负载金属氧化物至载体Al2O3，在其基础上浸渍负载贵金属，再经系列处理及还原制成催化剂。文献（ITOT,TASHIROT,KAWASAKIM,etal.JournalofPhysicalChemistry,1991,95(11):4476-4483）表明MgO可通过解离吸附方式活化CH4。鉴于氧化铝可提供较大的比表面积提高活性组分的分散度，而氧化镁具有较高的热稳定性，且具有一定的高温活性。有望以镁铝复合氧化物为载体来改善负载钯催化剂的性能。尽管文献（QIC,ANL,WANGH.AppliedCatalysisA:General,1996,140(1):17-28）考察了MgO对Pd/Al2O3催化剂的改性作用。但因采用浸渍法负载Mg，只限于0.2wt.%和5wt.%MgO改性对比。另外，Tanasoi等（TANASOIS,MITRANG,TANCHOUXN,etal.AppliedCatalysisA:General,2011,395(1–2):78-86）研究了MMgAlO复合氧化物催化剂(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,AgandPd)的甲烷氧化性能，其中Pd理论负载量达到了9wt.%。但他们的研究都只针对富Mg体系。本专利技术通过共沉淀方式制备具有较高比表面积的富铝的镁铝复合氧化物。以其为载体，共浸渍负载贵金属钯和少量的稀土助剂，应用于以油田伴生尾气中甲烷催化燃烧过程，以及其它高浓度二氧化碳气氛下低碳烃的燃烧过程。虽然有少量Pd基催化剂的研究以及专利涉及到MgO对载体的改性，但研究要么局限于富Mg体系，要么通过浸渍方式引入含量低于17%的碱土金属氧化物，而含稀土氧化物的体系大都以CeO2为主，且含量较高。与现有的文献和专利相比，本专利技术涉及的催化剂在组成、制备方法和应用体系上均有所创新。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于油田伴生尾气催化燃烧催化剂及其制备方法和应用。本专利技术提供了一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂。该催化剂以贵金属钯及其氧化物为主要活性组分，以富铝的镁铝复合氧化物为载体，以轻稀土氧化物为助剂。本专利技术提供的用于油田伴生尾气燃烧催化剂，其载体中氧化镁的重量含量为18-44%（优选为20-30%），氧化铝的重量含量为56-82%（优选为70-80%），二者之和为100%；本专利技术提供的用于油田伴生尾气燃烧催化剂，其主要活性组分钯及其氧化物的含量以元素Pd计其重量占催化剂重量的0.5-2%；本专利技术提供的用于油田伴生尾气燃烧催化剂，其助剂为轻稀土氧化物Y2O3、La2O3、CeO2、Pr2O3中的一种或几种组合（优选为Y2O3和Pr2O3）；轻稀土氧化物助剂的含量以金属元素计其重量占催化剂总重量的0.5-5%（优选为0.6-1.5%）。本专利技术提供了上述催化剂的制备方法，步骤如下：（1）通过共沉淀方法合成载体前驱体，经干燥焙烧制得富铝的镁铝复合氧化物；（2）通过共浸渍方式负载主要活性组分与助剂，再经干燥焙烧，制得整体式催化剂。本专利技术提供的催化剂制备方法，所述富铝的镁铝复合氧化物主要合成步骤为：室温下配置可溶性镁盐和铝盐混合溶液，激烈搅拌或超重力均相混合下与沉淀剂反应，控制pH值为9±1，70±10℃下老化，老化时间控制在3-16h（优选6-12h），60-120℃干燥8-24h(优选80-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂，其特征在于：该催化剂以贵金属钯及其氧化物为主要活性组分，富铝的镁铝复合氧化物为载体，轻稀土氧化物为助剂；其中：主要活性组分钯及其氧化物的含量以元素Pd计其重量占催化剂重量的0.5‑2 %；载体中氧化镁的重量含量为18‑44 %，氧化铝的重量含量为 56‑82 %，二者之和为100%；助剂为轻稀土氧化物Y2O3、La2O3、CeO2、Pr2O3中的一种或几种组合；轻稀土氧化物助剂的含量以金属元素计其重量占催化剂总重量的0.5‑5 %。

【技术特征摘要】
1.一种用于油田伴生尾气燃烧催化剂，其特征在于：该催化剂以贵金属钯及其氧化物为主要活性组分，富铝的镁铝复合氧化物为载体，轻稀土氧化物为助剂；其中：主要活性组分钯及其氧化物的含量以元素Pd计其重量占催化剂重量的0.5-2%；载体中氧化镁的重量含量为18-44%，氧化铝的重量含量为56-82%，二者之和为100%；助剂为轻稀土氧化物Y2O3、La2O3、CeO2、Pr2O3中的一种或几种组合；轻稀土氧化物助剂的含量以金属元素计其重量占催化剂总重量的0.5-5%。2.一种制备如权利要求1所述的催化剂的方法，其特征在于：先通过共沉淀法制备富铝的镁铝复合氧化物前驱体，经干燥焙烧获得镁铝复合氧化物；以其为载体，通过共浸渍方式引入主要活性组分与助剂，最终经干燥焙烧获得催化剂。3.根据权利要求2所述催化剂的制备方法，其特征在于：所述富铝的镁铝复合氧化物主要合成步骤为：室温下配置可溶性镁盐和铝盐混合溶液，激烈搅拌或超...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹瑛瑛，周玉常，蔡国辉，肖益鸿，郑勇，辜冬梅，陈崇启，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35