整体式燃气燃烧催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种整体式燃气燃烧催化剂及其制备方法。催化剂的基质采用整体式陶瓷蜂窝体或金属蜂窝体，涂覆在基质表面之上的催化剂涂层由催化功能组分和涂层助剂构成，催化功能组分为至少含有三种不同的催化功能组分的复合式催化功能组分，每一种都含有相互适应的载体、活性组分和活性组分助剂，并经过相应的前驱物处理制备得到。催化剂涂层涂覆于基质表面之后要经过干燥与焙烧。本发明专利技术的催化剂适合于高浓度燃气和大空速条件下操作，具有高活性和高稳定性，可直接用于制作以天然气、石油液化气和煤气等为燃气的家用燃气器具的燃烧器，具有高的热效率和低的污染物排放。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能提高天然气、液化石油气、煤气等可燃气体燃烧效率并能降低污染物排放的整体式催化剂及其制备方法。
技术介绍
迄今为止，人类使用的能源绝大部分仍然是来自可燃物质的自发燃烧，自发燃烧也叫火焰燃烧。在火焰燃烧中，由于自由基在气相引发，导致电子激发态的产物生成，在其跃迁回基态的过程中，以可见光的形式释放能量。这部分能量不能被利用而损失。同时由于自由基在气相引发，空气中的N2将参与反应生成NOx，此外，还有燃烧不完全的HC和CO产生。因此，火焰燃烧有两大缺点，一是能量利用率低，二是污染物排放高。催化燃烧可以有效避免自发燃烧存在的问题。可燃物质在催化剂表面进行燃烧，自由基可在催化剂表面引发，燃烧反应中不会形成电子激发态产物，因而无可见光形式的能量损失。同时，N2基本不参与燃烧反应，极少NOx生成。催化燃烧具有高效节能和环境友好的双重功效。基于催化燃烧的优点，人们对适用于不同燃烧条件下的催化剂进行了广泛的探索。专利号为6015285、4857499和5863851三份美国专利公开了三种不同的都用于燃气透平的燃气催化剂。其中6015285号专利公开的催化剂为适用于两段燃气透平的两段式甲烷燃烧催化剂，第一段的燃烧催化剂由PdO负载于La2O3、CeO2、BaO2稳定的氧化铝和含La2O3的六铝酸盐组成，第二段的燃烧催化剂由La0.5Sr0.5MnAl11O19、PdO/La2O3稳定的六铝酸盐和La0.2Sr0.8MnAl11O19组成。4857499号专利公开的天然气燃烧催化剂，其催化活性组分为Pd和Pt，助剂组分为La、Ce、Pr、Nd和碱金属氧化物，Mg、Si、Ni、Zr、Co、Fe及氧化物，将活性组分和助剂组分附载于多孔载体上即形成了天然气燃气透平的催化剂。5863851号专利公开的燃烧催化剂为稀土和Pd的二元氧化物，如La2O3·PdO或2 La2O3PdO。上述三份美国专利公开的燃烧催化剂用于燃气透平，可以提高能量的利用和降低污染物的排放，但由于催化剂的操作温度为1300℃左右，而Pd在高温下又容易流失，从而影响催化性能的稳定，还很难用于燃气透平的实际工业运行。公开号为CN1224047A的中国专利申请公开了一种用于天然气燃烧的催化剂，其组成为副族金属2～20％，碱土金属0.5～15％，镧系金属0～15％和二氧化锆35～95％，能有效降低污染物排放，排放尾气中的HC、CO和NOx均小于1ppm，但使用温度仅为90～800℃，由于操作温度偏低，难以获得有实用价值的热流量，并且催化剂使用寿命短，因此很难实际运用。公开号为CN133203A的中国专利申请公开了又一种用于天然气及轻质烃的燃烧催化剂，其组成为碱土金属1～60wt％，贵金属0.2～5wt％和三氧化二铝40～99wt％，其低温活性较好，起燃温度为284～350℃，适用于CH4体积浓度为0.4～4％，空速为10000～100000h-1的操作条件。由于CH4的体积浓度低，达不到产生有效热流量的范围，且由于含有贵金属组分，催化剂成本较高。上述两份中国专利申请公开的催化剂都属于颗粒状催化剂，显然不能直接用于加工燃气器具的燃烧器。
技术实现思路
本专利技术提供的以解决下述技术问题为目的1.适合于天然气、液化石油气和煤气等燃气在800～1000℃范围长期燃烧使用；2.可使燃气燃烧获得高的热效率和低污染物排放；3.可直接用于加工成燃气器具的燃烧器。为了实现上述目的，本专利技术提供的整体式燃气燃烧催化剂采取了如下的技术方案整体式燃气燃烧催化剂由基质和涂覆于基质之上的催化剂涂层构成，所述催化剂涂层又由催化剂功能组分和涂层助剂组成，所述催化剂功能组分为复合催化功能组分，至少含有三种不同的分别由载体、活性组分和活性组分助剂经前驱物处理后形成的催化功能组分。涂层助剂与活性组分助剂的功能作用是完全不同的，涂层助剂是用于将催化剂功能组分更为可靠地涂覆于基质表面之上并保持涂层的稳定性，而活性组分助剂的作用则是催化功能组分的构成组分，经前驱物处理后，使活性组分更好地负载于载体之上并与活性组分一起发挥催化作用。已有技术还没有采取本专利技术的上述技术措施制得的燃气燃烧催化剂，这是本专利技术对燃气燃烧催化剂技术作出的贡献。更为具体的整体式燃气燃烧催化剂技术方案为，涂覆于基质之上的催化剂涂层所含的复合催化功能组分和涂层助剂组分的重量含量分别占催化剂涂层整体重量的70～85％和15～30％，复合催化功能组分至少有三种不同的催化功能组分，其所含的每一种催化组分的重量含量至少为全部复合催化功能组分重量的9％，而在每一种催化功能组分中，其所含的载体、活性组分和活性组分助剂的重量含量分别依次为该催化剂功能组分重量的73～96％、3.0～20.0％和1.0～7.0％。涂层助剂是用于使催化剂功能组分更好地涂覆于基质之上，其含量不能太少，但也不能太多，太多了则催化剂功能组分的含量不足，整个催化剂的功能会降低。因此，其含量在15～30％比较合适，相应的催化剂功能组分的含量在75～85％合适。催化功能组分不是单一的一种组分，而是含有不少于三种的复合催化组分，为了使复合催化功能组分发挥更好的催化功能，其所含的每一种催化功能组分的含量都不宜太少，太少了就不能发挥其功能，所以不宜少于全部催化功能组分重量的9％。在每一种催化功能组分中，载体占催化功能组分的绝大部分，一般不少于73％，但也不宜高于96％。活性组分起主要作用，其含量不少于3.0％，含量太多了也不宜，一般不高于20.0％。活性助剂对活性组分起分散和稳定作用，同时还增强活性组分的催化作用，其含量一般约为活性组分含量的1/3左右，即一般为催化功能组分重量的1.0～7.0％。上述方案中，所说的基质可以采用陶瓷蜂窝体或金属蜂窝体上述方案中，构成催化剂涂层的涂层助剂为选自于钇、镁、锆、铈和镨等的氧化物。涂层助剂可以是其中的一种氧化物，也可以是其中的两种或两种以上的氧化物。上述方案中，构成催化剂涂层催化功能组分的载体为选自于γ-Al2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、SiO2-Al2O3和CeO2-ZrO2等氧化物。一种催化功能组分的载体可以是其中的一种氧化物，也可以是其中的两种或两种以上的氧化物。上述方案中，构成催化剂涂层催化功能组分的活性组分为选自于铁、锰、镍和钴等的氧化物。一种催化功能组分的活性组分可以是其中的一种氧化物，也可以是其中的两种或两种以上的氧化物。上述方案中，构成催化剂涂层催化功能组分的活性助剂为选自于镧、铈、钇、钡、锶、镁和锆等的氧化物。一种催化功能组分的活性助剂可以是其中的一种氧化物，也可以是其中的两种或两种以上的氧化物。当催化功能组分中的载体选定为γ-Al2O3、δ-Al2O3时，活性组分应优先选自于锰、铁和镍的氧化物。当催化功能组分的载体选定为CeO2-ZrO2时，活性组分应优先选自于铁、钴的氧化物。当催化功能组分中的载体选定为θ-Al2O3、SiO2-Al2O3时，活性组分应优先选自于锰、钴、镍的氧化物。用于对催化功能组分的载体、活性组分和活性助剂进行前驱处理的前驱物为可溶性的盐，如硝酸盐、硫酸盐、氯酸盐等。催化剂涂层在基质表面上的涂覆量为，每升整体式催化剂涂覆120g～180g催化剂涂层。上述所说的整体式燃气燃烧催化剂可以通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体式燃气燃烧催化剂，由基质和涂覆于基质之上的催化剂涂层构成，其特征在于所述催化剂涂层又由催化功能组分和涂层助剂组成，所述催化功能组分为复合催化功能组分，至少含有三种不同的分别由载体、活性组分和活性组分助剂经前驱物处理后形成的催化功能组分。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈耀强，龚茂初，郑林，周世蓉，李云，胡安明，
申请(专利权)人：四川大学，川化集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]