[发明专利]一种煤层气脱氧催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层气脱氧催化剂及其制备方法。

背景技术

我国是世界煤炭产量最大的国家，煤矿矿井数量也居世界首位，大量的煤矿低浓度瓦斯排放不仅浪费了宝贵的清洁能源资源，同时也加重了全球温室效应的影响。因此必须结合我国煤炭瓦斯排放的特点，从技术、经济角度选择适宜的低浓度瓦斯利用技术，加强我国煤矿抽放瓦斯的资源化利用。

当空气中的甲烷浓度达到5％～15％，氧气浓度超过12％，遇明火或高温热源，煤层气将发生爆炸事故。为了充分利用煤层气资源，更为了保证后续工艺的安全操作，必须首先脱除煤层气中的氧气，使其组分避开爆炸气体范围。脱氧过程可以按照如下两种思路进行：一是将氧气看作杂质而脱除；二是将氧气看作待制产品气，在获得富氧产品的同时，分离出甲烷等其他混合气体。后者因回收了富氧产品，具有较好的经济性。

目前可采用的煤层气脱氧方法主要有催化脱氧法(ZL02113628.9)和焦炭脱氧法(ZL02113627.0、200610021720.1)等，此两种方法均可有效的将煤层气中的氧含量降至0.5％以下，以保证后续工艺提浓过程的安全操作。

专利200610021720.1采用的煤层气焦炭脱氧法，属于燃烧法脱氧。该法脱氧温度600-1000℃，在最大限度地减少甲烷裂解的情况下，使燃气氧的净值<0.5％。该法生产规模的运行难点在于控温。

中国专利ZL02113628.9“生产甲醇用煤矿瓦斯气的催化燃烧脱氧工艺方法”中说使用的催化剂为Pt或Pd等贵金属催化剂，此类催化剂的优点在于催化剂活性高，反应温度较低，脱氧后气体中的氧可以基本除尽，工艺操作简单，设备简单，便于自动控制。不足之处是催化剂价格昂贵，同时煤层气中含有硫化物，而硫对贵金属有毒害作用从而造成催化剂失活，因此在脱氧前要先进行脱硫再进行脱氧反应，这样造成了脱氧成本增大，致使煤层气催化脱氧处理费用较高。

鉴于贵金属催化脱氧和焦炭脱氧各自的缺点，开发一种非贵金属含氧煤层气脱氧催化剂无疑是一种最佳选择，同时具有很大的市场前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种新的非贵金属催化剂用于脱除含氧煤层气中的氧。

技术方案：

1)本发明的脱氧催化剂由活性组分、活性助剂和载体组成，所述活性组分为Ni的化合物，所述活性助剂为过渡金属(Zn、Cu、Fe)化合物的一种或几种，所述的载体包括氧化物(CeO₂、ZrO₂、TiO₂、CaO、SiO₂)、拟薄水铝石(Al₂O₃·nH₂O)和氢氧化铝(Al(OH)₃)，活性组分的重量百分含量为1～55％，活性助剂的重量百分含量为1～45％，其余为载体。

2)所述活性组分为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍的任意一种。

3)所述活性助剂为锌、铁、铜的氧化物或可溶性盐中的一种或几种。

4)所述活性助剂可选为锌、铁、铜的硝酸盐、氯化物、硫酸盐中的任意一种或几种。

本发明含氧煤层气脱氧催化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将活性组分和活性助剂配成水溶液；

(2)将载体浸入步骤(1)配制的水溶液中，于常温下浸渍8～12小时；

(3)将步骤(2)所得的混合物通过滚球成型或挤条成型，于120℃下干燥1～2小时，在400～500℃下焙烧4～6小时，即可值得本发明的含氧煤层气脱氧催化剂。

本发明含氧煤层气催化剂也可采用如下方法制备：

(1)将活性助剂化合物与载体按比例混合均匀；

(2)将步骤(1)的混合物成型，制得含氧煤层气脱氧催化剂前体；

(3)将活性组分配成水溶液，用该溶液浸渍步骤(2)制得的含氧煤层气脱氧催化剂前体，于120℃下干燥1～2小时，400～500℃下焙烧4～6小时，制得含氧煤层气脱氧催化剂。

本发明含氧煤层气还可采用如下方法制备：

(1)将活性组分化合物与载体按比例混合均匀；

(2)将步骤(1)制得的混合物成型，制得含氧煤层气脱氧催化剂前体；

(3)将活性助剂配成水溶液，用该溶液浸渍步骤(2)的催化剂前体，于120℃下干燥1～2小时，400～500℃下焙烧4～6小时，制得含氧煤层气脱氧催化剂。