[发明专利]一种耐硫天然气尾气净化催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，尤其属于汽车尾气净化催化剂技术领域，特别涉及一种耐硫天然气尾气净化催化剂及其制备方法。

背景技术

在全球范围内，汽车尾气污染已成为城市空气污染的主要来源，因此，各国相继出台日益严格的排放法规。加之日益严峻的能源危机，因此需要开发清洁的替代能源，世界各国均加大了对替代燃料车辆的研发。经发现，燃用压缩天然气(CNG)与燃用汽油、柴油相比有以下优点：节约燃料费用；更加环保，排放的污染物少，燃油安全性高；抗暴性能好；可延长汽车发动机的维修周期。维修成本低。基于以上优点，天然气车辆成为近几年发展最为迅速的替代燃料汽车。

天然气车辆的污染物排放相对于汽油车、柴油车较低，但要满足日益严格的排放法规，如从2013年1月1日开始执行的天然气发动机国五排放标准，仍需要加装尾气净化催化剂。天然气车辆的尾气排放中的碳氢化合物(HC)中绝大部分都是甲烷(CH₄)，由于其结构稳定，是最难被氧化的烃类，要求催化剂对甲烷有较高的活性；起燃温度低，但是汽油车和柴油车的催化剂不适用于天然气尾气的净化，这是由于天然气尾气净化催化剂要求对包括甲烷在内的碳氢化合物均具有高的低温转化效率和稳定性。

中国专利ZL200880114442.1报道了一种用于处理天然气机动车的废气的催化剂，其制备方法如下：先将氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化铈的混合物涂覆到陶瓷基体上，经过干燥并煅烧得含有涂层的陶瓷基体，然后再将钯(Pd)和锰(Mn)、钴(Co)的一种或两种助剂作为催化剂的活性成分浸渍到上述含有涂层的陶瓷基体上，经过干燥煅烧后的催化剂。所述催化剂具有优异的甲烷氧化活性。

D.Fino等在《CNGenginesexhaustgastreatmentviaPd-Spinel-type-oxidecatalysts》文中报道了一种甲烷净化催化剂，其制备方法如下：先通过燃烧法制备了CoCr₂O₄材料，将制备的材料按质量比为15:100的比例与γ-Al₂O₃混合，然后再用浸渍法将Pd负载到材料上，经过热处理后制得催化剂。

报道的天然气尾气净化催化剂的活性组分均以Pd为主，这是因为Pd对CH₄有高的氧化活性，因此得到广泛的应用。然而Pd催化剂有个缺点就是容易发生催化剂中毒。国标GB18047-2000《车用压缩天然气》中要求的车用天然气中的硫含量为小于200mg/m³，实际上这个标准是很低的，这说明天然气中含有较高含量的硫化物。Gandhi等在《EffectsofsulphuronnoblemetalautomotiveCatalysts》中报道了硫会使Pd催化剂中毒快速失活。Mowery等在《DeactivationofPdO–Al₂O₃oxidationcatalystinlean-burnnaturalgasengineexhaust:agedcatalystcharacterizationandstudiesofpoisoningbyH₂OandSO₂》文中研究了水和SO₂对PdO/Al₂O₃催化剂在甲烷燃烧的影响。研究结果表明SO₂会抑制甲烷氧化并使催化剂快速失活。因此，避免Pd催化剂在使用过程中的因硫中毒失活是一项技术难题。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种耐硫天然气尾气净化催化剂及其制备方法。本发明的目的是解决上述的技术难题，提供一种耐硫性好的天然气尾气净化催化剂及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明首先公开了所述催化剂的组成，所述催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体和催化涂层组成，其中：催化涂层由两层组成，内层为活性组分层，外层为耐硫层；活性组分层由40～80份改性氧化铝、20～60份铈锆固溶体、1～2份贵金属、1～5份金属盐助剂以及3～5份粘接剂组成；耐硫层由85～90份铈铝复合氧化物、1～10份金属盐助剂以及3～5份粘接剂组成，上述各成分份数为重量份数。

所述改性氧化铝由95～99重量份的Al₂O₃和1～5重量份的La₂O₃、Y₂O₃中的一种或两种组成。