CN115318283A - 一种天然气燃烧催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种天然气燃烧催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天然气燃烧催化剂及其制备方法，属于天然气燃烧技术领域，所述天然气燃烧催化剂，按质量份数包括高岭土15～25份、脱硫粉15～25份、远红外陶瓷粉15～25份、负离子粉5～15份、电气石粉5～15份、氧化铝粉2～8份、钐粉2～8份、钯粉2～8份、石墨烯粉2～8份；本发明中，当催化剂中高岭土、脱硫粉、远红外陶瓷粉、负离子粉、电气石粉、氧化铝粉、钐粉、钯粉、石墨烯粉质量分数比为4：4：4：2：2：1：1：1：1时，催化剂的综合性能最好，其节能率和废气有害物排放降低量都是最高的；将原料分成三组分开进行高温处理，将处理温度一致的作为一组分开进行高温处理，以减少催化剂制备的时间，且有利于提成催化剂的品质。

Description

一种天然气燃烧催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于天然气工程领域，涉及天然气燃烧催化技术，尤其是一种天然气燃烧催化剂及其制备方法。
背景技术
天然气虽然因其含硫、含氮量低而被誉为可替代煤和石油的新一代清洁能源，但传统的火焰燃烧法其火焰温度可达1500～2000℃，如此高的温度可使空气中的N2转化为NOX而造成严重的空气污染，催化燃烧法被认为是控制和消除NOX的有效方法。
反应方程式为：CH4+2O2=CO2+2H2O。
到目前为止，贵金属催化剂在催化燃烧中得到了广泛的应用，它本身固有的易挥发、易氧化、易烧结的问题通常采用负载的办法加以解决，而在燃烧催化剂研制过程中，稀土材料是首先被考虑的对象。
申请号为201811082766.3的中国专利，公开了一种混合稀土催化天然气燃烧催化剂及其制备方法，催化剂的成分按重量百分比为：混合稀土为(5-15)％、Fe2O3为(1-3)％、其余为γ-A12O3或者堇青石蜂窝陶瓷载体，通过浸渍法制备出由混合稀土氧化物与过渡金属氧化物组成双活性成分的混合稀土催化燃烧催化剂，既可用于居民用户的中低温天然气燃气灶催化燃烧，也可以用于工业源的天然气燃烧器催化燃烧，解决火焰燃烧存在能量利用率低、易产生污染等问题；但现有技术中，天然气节能率低，造成天然气资源的浪费，且废气有害物排放量大，不符合节能绿色的环保要求，急需研制一种天然气燃烧催化剂及其制备方法，以解决上述问题，且便于市场推广与应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种天然气燃烧催化剂及其制备方法，有效提升天然气燃烧效率。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种天然气燃烧催化剂，包括按质量份数包括高岭土15～25份、脱硫粉15～25份、远红外陶瓷粉15～25份、负离子粉5～15份、电气石粉5～15份、氧化铝粉2～8份、钐粉2～8份、钯粉2～8份、石墨烯粉2～8份。
而且，按质量份数包括高岭土15份、脱硫粉15份、远红外陶瓷粉15份、负离子粉5份、电气石粉5份、氧化铝粉2份、钐粉2份、钯粉2份、石墨烯粉2份。
而且，按质量份数包括高岭土20份、脱硫粉20份、远红外陶瓷粉20份、负离子粉10份、电气石粉10份、氧化铝粉5份、钐粉5份、钯粉5份、石墨烯粉5份。
而且，按质量份数包括高岭土25份、脱硫粉25份、远红外陶瓷粉25份、负离子粉15份、电气石粉15份、氧化铝粉8份、钐粉8份、钯粉8份、石墨烯粉8份。
一种天然气燃烧催化剂的制备方法，所述天然气燃烧催化剂的制备方法包括以下步骤：
⑴按质量份数称取上述各组分；
⑵将高岭土和氧化铝粉混合搅拌，形成第一混合组分；
⑶将远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉混合搅拌，形成第二混合组分；
⑷将脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉混合搅拌，形成第三混合组分；
⑸将第一混合组分、第二混合组分及第三混合组分混合搅拌，得到总混合物；
⑹将总混合物兑水继续混合搅拌，得到混水物料；
⑺将混水物料倒入制粒机中，制作颗粒；
⑻将步骤⑺中制作的颗粒放入烘干机中，对颗粒进行烘干处理；
⑼取步骤⑻中烘干的颗粒若干，进行性能检测。
而且，所述步骤⑵中，高岭土和氧化铝粉混合前，在干燥箱内温度为600℃，保持2h，步骤⑶中，负离子粉由稀土废矿渣提炼、研磨而成。
而且，所述步骤⑶中，远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉混合前，在干燥箱内温度为120℃，保持5h。
而且，所述步骤⑷中，脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉混合前，在干燥箱内温度为300℃，保持3h。
而且，所述步骤⑶中，远红外陶瓷粉由以下方法制备：
①将氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、水加入到球磨机中球磨3h，然后出料并喷雾造粒，制得粒径为25目，含水量10%～15%的料粒；
②在50MPa的压力下，通过干压成型机将步骤①中的料粒压制成板，然后在管式窑炉中、弱还原气氛中、1200℃下煅烧4h，然后冷却至室温，得致密板；
③将致密板放入破碎、锆珠球磨36h，过1000目筛，得到远红外陶瓷粉。
本发明的优点和积极效果是：
本发明中，当催化剂中高岭土、脱硫粉、远红外陶瓷粉、负离子粉、电气石粉、氧化铝粉、钐粉、钯粉、石墨烯粉的质量分数比为4：4：4：2：2：1：1：1：1时，催化剂的综合性能最好，其节能率和废气有害物排放降低量都是最高的；
制备方法中，将高岭土、脱硫粉、远红外陶瓷粉、负离子粉、电气石粉、氧化铝粉、钐粉、钯粉、石墨烯粉几种原料分为第一组：高岭土和脱硫粉、第二组：远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉、第三组：脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉，三组分开进行高温处理，将处理温度一致的作为一组分开进行高温处理，以减少催化剂制备的时间，且有利于提成催化剂的品质；
制备方法中，负离子粉由稀土废矿渣提炼、研磨而成，采用稀土废矿渣进行原料的提炼，达到废物再利用的目的，降低催化剂的生产成本，符合绿色节能的环保要求。
具体实施方式
下面通过具体实施例对发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定发明的保护范围。
一种天然气燃烧催化剂，按质量份数包括高岭土15～25份、脱硫粉15～25份、远红外陶瓷粉15～25份、负离子粉5～15份、电气石粉5～15份、氧化铝粉2～8份、钐粉2～8份、钯粉2～8份、石墨烯粉2～8份。
其中：高岭土主要是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸盐，高岭石为或致密或疏松的块状，一般为白色，如果含有杂质便呈米色。高岭石纯者白色，因含杂质可染成其它颜色，集合体光泽暗淡或呈蜡状。具极完全解理，硬度2.0～3.5，相对密度2.60～2.63，致密块体具粗糙感，干燥时具吸水性，湿态具可塑性，但加水不膨胀。高岭石亚族包括高岭石、地开石、珍珠石三种多型，它们的理论结构式为Al4[Si4O10](OH)8，层间不含水；高岭石具有白度和亮度高、质软、强吸水性、强的离子吸附性和弱的阳离子交换性以及良好的烧结性和较高的耐火度等性能；
脱硫粉一般指脱硫制粉，采用中速高压和连续反复辊压粉碎的原理，它是在广泛吸收国外先进技术，并结合多年实际经验，研究设计的一种高效节能的集粉磨、烘干和分级于一体的设备，其主要部件是磨盘和磨辊，原料通过压力和剪切力被粉碎；脱硫粉能够使天然气中可燃物得到充分燃烧，提高天然气的燃烧效率在1%左右，且降低废气有害物质的产生，起到保护环境的社会效益，并能减少对燃烧设备的腐蚀，提高其使用寿命；
远红外陶瓷粉是一种白色粉末，由多种物质混合而成，远红外陶瓷粉以能够辐射出比正常物体更多的远红外线（红外辐射率更高）为主要特征功能。在高温区主要应用于锅炉的加热，烤漆，木材、食品的加热和干燥等；在常温区主要应用于制造各种远红外保暖材料，如远红外陶瓷粉、远红外陶瓷纤维、远红外陶瓷聚酯，以及远红外功能陶瓷等；利用远红外陶瓷材料对天然气进行红外辐射，可以使天然气的粘度和表面张力降低，利于天然气充分燃烧。
实施例1：
一种天然气燃烧催化剂的制备方法包括以下步骤：
（1）按质量份数：高岭土15份、脱硫粉15份、远红外陶瓷粉15份、负离子粉5份、电气石粉5份、氧化铝粉2份、钐粉2份、钯粉2份、石墨烯粉2份称取各组分；
（2）将高岭土和氧化铝粉混合搅拌，形成第一混合组分；
（3）将远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉混合搅拌，形成第二混合组分；
（4）将脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉混合搅拌，形成第三混合组分；
（5）将第一混合组分、第二混合组分及第三混合组分混合搅拌，得到总混合物；
（6）将总混合物兑水继续混合搅拌，得到混水物料；
（7）将混水物料倒入制粒机中，制作颗粒；
（8）将（7）中制作的颗粒放入烘干机中，对颗粒进行烘干处理；
（9）取（8）中烘干的颗粒若干，进行性能检测。
本实施例中，测得的节能率为1.42%，废气有害物排放降低26%。
实施例2：
一种天然气燃烧催化剂的制备方法包括以下步骤：
（1）按质量份数：高岭土20份、脱硫粉20份、远红外陶瓷粉20份、负离子粉10份、电气石粉10份、氧化铝粉5份、钐粉5份、钯粉5份、石墨烯粉5份称取各组分；
（2）将高岭土和氧化铝粉混合搅拌，形成第一混合组分；
（3）将远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉混合搅拌，形成第二混合组分；
（4）将脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉混合搅拌，形成第三混合组分；
（5）将第一混合组分、第二混合组分及第三混合组分混合搅拌，得到总混合物；
（6）将总混合物兑水继续混合搅拌，得到混水物料；
（7）将混水物料倒入制粒机中，制作颗粒；
（8）将（7）中制作的颗粒放入烘干机中，对颗粒进行烘干处理；
（9）取（8）中烘干的颗粒若干，进行性能检测。
本实施例中，测得的节能率为4.37%，废气有害物排放降低40%。
实施例3：
一种天然气燃烧催化剂的制备方法包括以下步骤：
（1）按质量份数：高岭土25份、脱硫粉25份、远红外陶瓷粉25份、负离子粉15份、电气石粉15份、氧化铝粉8份、钐粉8份、钯粉8份、石墨烯粉8份称取各组分；
（2）将高岭土和氧化铝粉混合搅拌，形成第一混合组分；
（3）将远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉混合搅拌，形成第二混合组分；
（4）将脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉混合搅拌，形成第三混合组分；
（5）将第一混合组分、第二混合组分及第三混合组分混合搅拌，得到总混合物；
（6）将总混合物兑水继续混合搅拌，得到混水物料；
（7）将混水物料倒入制粒机中，制作颗粒；
（8）将（7）中制作的颗粒放入烘干机中，对颗粒进行烘干处理；
（9）取（8）中烘干的颗粒若干，进行性能检测。
本实施例中，测得的节能率为2.29%，废气有害物排放降低33%。
综上所述，催化剂催化天然气燃烧实验性能检测结果如下表：
节能率 废气有害物排放降低
实施例1 1.42% 26%
实施例2 4.37% 40%
实施例3 2.29% 33%
从上表可以看出，当高岭土、脱硫粉、远红外陶瓷粉、负离子粉、电气石粉、氧化铝粉、钐粉、钯粉、石墨烯粉的质量份数比为4：4：4：2：2：1：1：1：1制备催化剂时，催化剂的综合性能最好，其节能率和废气有害物排放降低量都是最高的。
本实施例中，步骤（2）中，高岭土和氧化铝粉混合前，在干燥箱内温度为600℃，保持2h。
步骤（3）中，远红外陶瓷粉由以下方法制备：
①将氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、水加入到球磨机中球磨3h，然后出料并喷雾造粒，制得粒径为25目，含水量10%～15%的料粒；
②在50MPa的压力下，通过干压成型机将S201中的料粒压制成板，然后在管式窑炉中、弱还原气氛中、1200℃下煅烧4h，然后冷却至室温，得致密板；
③将致密板放入破碎、锆珠球磨36h，过1000目筛，得到远红外陶瓷粉。
本实施例中，步骤③中，负离子粉由稀土废矿渣提炼、研磨而成，采用稀土废矿渣进行原料的提炼，达到废物再利用的目的，降低催化剂的生产成本，符合绿色节能的环保要求；
步骤③中，，远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉混合前，在干燥箱内温度为120℃，保持5h；S104中，脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉混合前，在干燥箱内温度为300℃，保持3h；将高岭土、脱硫粉、远红外陶瓷粉、负离子粉、电气石粉、氧化铝粉、钐粉、钯粉、石墨烯粉几种原料分为第一组：高岭土和脱硫粉、第二组：远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉、第三组：脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉，三组分开进行高温处理，将处理温度一致的作为一组分开进行高温处理，以减少催化剂制备的时间，且有利于提成催化剂的品质。
尽管为说明目的公开了发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种天然气燃烧催化剂，其特征在于：按质量份数包括高岭土15～25份、脱硫粉15～25份、远红外陶瓷粉15～25份、负离子粉5～15份、电气石粉5～15份、氧化铝粉2～8份、钐粉2～8份、钯粉2～8份、石墨烯粉2～8份。
2.根据权利要求1所述的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于：按质量份数包括高岭土15份、脱硫粉15份、远红外陶瓷粉15份、负离子粉5份、电气石粉5份、氧化铝粉2份、钐粉2份、钯粉2份、石墨烯粉2份。
3.根据权利要求1所述的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于：按质量份数包括高岭土20份、脱硫粉20份、远红外陶瓷粉20份、负离子粉10份、电气石粉10份、氧化铝粉5份、钐粉5份、钯粉5份、石墨烯粉5份。
4.根据权利要求1所述的一种天然气燃烧催化剂，其特征在于：按质量份数包括高岭土25份、脱硫粉25份、远红外陶瓷粉25份、负离子粉15份、电气石粉15份、氧化铝粉8份、钐粉8份、钯粉8份、石墨烯粉8份。
5.一种天然气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于：所述天然气燃烧催化剂的制备方法包括以下步骤：
⑴按质量份数称取高岭土15～25份、脱硫粉15～25份、远红外陶瓷粉15～25份、负离子粉5～15份、电气石粉5～15份、氧化铝粉2～8份、钐粉2～8份、钯粉2～8份、石墨烯粉2～8份；
⑵将高岭土和氧化铝粉混合搅拌，形成第一混合组分；
⑶将远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉混合搅拌，形成第二混合组分；
⑷将脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉混合搅拌，形成第三混合组分；
⑸将第一混合组分、第二混合组分及第三混合组分混合搅拌，得到总混合物；
⑹将总混合物兑水继续混合搅拌，得到混水物料；
⑺将混水物料倒入制粒机中，制作颗粒；
⑻将步骤⑺中制作的颗粒放入烘干机中，对颗粒进行烘干处理；
⑼取步骤⑻中烘干的颗粒若干，进行性能检测。
6.根据权利要求5所述的一种天然气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤⑵中，高岭土和氧化铝粉混合前，在干燥箱内温度为600℃，保持2h。
7.根据权利要求5所述的一种天然气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤⑶中，远红外陶瓷粉由以下方法制备：
①将氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、水加入到球磨机中球磨3h，然后出料并喷雾造粒，制得粒径为25目，含水量10%～15%的料粒；
②在50MPa的压力下，通过干压成型机将步骤①中的料粒压制成板，然后在管式窑炉中、弱还原气氛中、1200℃下煅烧4h，然后冷却至室温，得致密板；
③将致密板放入破碎、锆珠球磨36h，过1000目筛，得到远红外陶瓷粉。
8.根据权利要求5所述的一种天然气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤⑶中，负离子粉由稀土废矿渣提炼、研磨而成。
9.根据权利要求5所述的一种天然气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤⑶中，远红外陶瓷粉、负离子粉及电气石粉混合前，在干燥箱内温度为120℃，保持5h。
10.根据权利要求5所述的一种天然气燃烧催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤⑷中，脱硫粉、钐粉、钯粉及石墨烯粉混合前，在干燥箱内温度为300℃，保持3h。
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