CN114042465A - 一种用于voc处理装置的催化氧化催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于VOC处理装置系统的催化氧化催化剂及其制备方法。该催化氧化催化剂由载体、涂层和贵金属构成。载体分为陶瓷载体和金属载体，涂层的上载量为70‑200g/L，涂层主要由改性γ‑氧化铝，助剂以及铈锆材料组成，贵金属为Pt，含量为30‑100g/ft3。改性氧化铝采用γ‑氧化铝作为基体材料，加入硼化锶和碘化钇，加入助剂后改性，用于增加催化氧化催化剂的热稳定性及催化性能。本发明能有效提升催化剂处理烷烃(特别是C10以下的短链烷烃)的能力以及降低贵金属的使用量，催化氧化催化剂具有成本低、高烷烃转化效率，低烷烃起燃温度等特点。
Description
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域，具体公开了一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂及其制备方法。
技术背景
VOC处理装置系统将挥发的油气或化工装置排放气进行处理，不仅节省了能源消耗，而且减少了环境污染，所以VOC处理装置系统广泛用于应用在储罐区等区域。由于防止一些未被完全回收的挥发性有机物的泄露，VOC处理装置系统会加入安全性较高的催化氧化装置，能将泄露的C10以下的短链烷烃催化氧化为二氧化碳和水，减少了挥发性有机物的排放，减少了大气污染。目前市场上应用在VOC处理系统的催化氧化系统废气组分主要以短链烷烃的形式存在，主要是C2-C10，且废气浓度波动比较大，存在着催化剂温升不稳定可能存在超600℃以上高温的情况。目前该市场的催化氧化催化剂主要采用Pt/Pd型催化剂，为了更好地处理C2-C10的短链烷烃，贵金属含量一般在1.5g/L以上且催化剂使用空速在15000和h以下，虽然能基本满足有机废气的处理能力，但是存在着催化剂用量多、单一成本较高并且因为超温而导致的催化剂活性下降的风险(市场上催化剂耐受温度在600℃以下)。因此，本发明采用改性技术，将氧化铝改性为耐温性能及催化性能更加优异的硼化锶和碘化钇改性γ-氧化铝，调配硼化锶和碘化钇改性γ-氧化铝和铈锆材料的比例后，加入贵金属Pt，通过定量涂覆技术将浆液涂覆在载体上，此催化剂贵金属用量少且采用低成本的Pt替代高成本的Pd，并且具有良好的耐温性能，能够承受650℃以上的高温，而且具有在高空速下较低的短链烷烃的起燃温度和高转化效率，具有同类产品更明显的优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了用于VOC处理装置的催化氧化催化剂及其制备方法，催化剂具有催化剂使用空速大(催化剂用量少)、单一成本低、低短链烷烃起燃温度及高转化效率以及更优的高温耐温性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，包括以下步骤：
(1)改性γ-氧化铝的制备：称取γ-氧化铝500-700份，加入500-1500份水，加入1.25-40份的硼化锶和1-37.5份的碘化钇溶液，搅拌1-5h，加入1-20份的羟甲基纤维素，继续搅拌12-24h，然后滴加氢氧化钠溶液至pH为7-14，100-200℃烘干，然后在450-650℃下焙烧4-6h得到硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝；
(2)涂层浆液的制备：取50-90份的硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝，10-50份的铈锆材料，加入到150-250份的水中，搅拌1-3h后球磨至D90为15-30μm，得到涂层浆液；
(3)贵金属的负载：将贵金属溶液缓慢滴加到涂层浆液中，用稀碘化调节pH至2-7，搅拌4-8h至均匀得到贵金属浆液；
(4)载体涂覆：取陶瓷载体或金属载体，根据涂覆量计算所需浆液的重量，采用定量涂覆技术将浆液均匀的涂覆在载体上，100-200℃烘干，然后在400-600℃下焙烧2-6h，得到成品催化剂；
根据涂层浆液重量和涂覆量计算所述的贵金属，其中涂覆后催化剂贵金属含量为30-100g/ft3；
所述贵金属包括Pt。
具体地，上述的一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，所述硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝与铈锆材料的质量比为1:1～9:1。
具体地，上述的一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，所述改性的γ-氧化铝中硼化锶和碘化钇之和与γ-氧化铝的质量比1:99～1:9。
具体地，上述的一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，所述改性的γ-氧化铝中硼化锶与碘化钇质量比1:3～4:1。
具体地，上述的一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，所述载体为陶瓷载体或金属载体，载体目数200-400目。
具体地，上述任一项所述制备方法所得到的催化氧化催化剂。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明采用硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝和铈锆材料，能将贵金属Pt均匀的分散在涂层材料中，提升了催化剂的耐高温性能及短链烷烃的催化氧化能力，具有低短链烷烃起燃温度及高转化效率。本发明采用低成本Pt替代高成本的Pt/Pd且贵金属用量较少，降低了催化剂的成本。本发明使用空速大，催化剂用量少，降低了催化氧化系统总的成本。
本发明的制备方法简单，易操作，适用于批量产业化。
具体实施方式
实施例1
一种适用于VOC处理装置系统具有烷烃高转化效率的催化氧化催化剂，该催化氧化催化剂由载体、涂层和贵金属构成。载体分为陶瓷载体，载体尺寸为150*150*100，载体为400目，涂层的上载量为120g和L，涂层主要由硼化锶和碘化钇改性γ-氧化铝，助剂以及铈锆材料组成，贵金属为Pt，含量为40g/ft3。
制备方法包括如下：
(1)硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝的制备：称取γ-氧化铝495g，加1250g水，加入1.25g的硼化锶和3.75g的碘化钇溶液，搅拌3h，加入15g的羟甲基纤维素，继续搅拌24h，然后滴加氢氧化钠溶液至pH为11，120℃烘干，然后在600℃下焙烧5h得到硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝。
(2)涂层浆液的制备：取300g硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝，300g的铈锆材料，加入到1250g的水中，搅拌2h后球磨至D90为25μm，得到涂层浆液；
(3)贵金属的负载：取含贵金属Pt为7.0631g的碘化铂，将贵金属溶液缓慢滴加到浆液中，用稀碘化调节pH至3，搅拌4h至均匀得到贵金属浆液；
(4)载体涂覆：取150*150*100,400目陶瓷载体，采用定量涂覆技术将832.6g浆液均匀的涂覆在载体上，150℃烘干，然后在550℃下焙烧4h，得到成品催化剂α。
实施例2
一种适用于VOC处理装置系统具有烷烃高转化效率的催化氧化催化剂，该催化氧化催化剂由载体、涂层和贵金属构成。载体分为陶瓷载体，载体尺寸为150*150*100，载体为400目，涂层的上载量为120g和L，涂层主要由硼化锶和碘化钇改性γ-氧化铝，助剂以及铈锆材料组成，贵金属为Pt，含量为40g/ft3。
制备方法包括如下：
(1)硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝的制备：称取γ-氧化铝495g，加1250g水，加入4g的硼化锶和1g的碘化钇溶液，搅拌3h，加入15g的羟甲基纤维素，继续搅拌24h，然后滴加氢氧化钠溶液至pH为11，120℃烘干，然后在600℃下焙烧5h得到硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝。
(2)涂层浆液的制备：取450g硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝，50g的铈锆材料，加入到1050g的水中，搅拌2h后球磨至D90为25μm，得到涂层浆液；
(3)贵金属的负载：取含贵金属Pt为5.8858g的碘化铂，将贵金属溶液缓慢滴加到浆液中，用稀碘化调节pH至3，搅拌4h至均匀得到贵金属浆液；
(4)载体涂覆：取150*150*100，400目陶瓷载体，采用定量涂覆技术将832.6g浆液均匀的涂覆在载体上，150℃烘干，然后在550℃下焙烧4h，得到成品催化剂β。
实施例3
一种适用于VOC处理装置系统具有烷烃高转化效率的催化氧化催化剂，该催化氧化催化剂由载体、涂层和贵金属构成。载体分为陶瓷载体，载体尺寸为150*150*100，载体为400目，涂层的上载量为120g和L，涂层主要由硼化锶和碘化钇改性γ-氧化铝，助剂以及铈锆材料组成，贵金属为Pt，含量为40g/ft3。
制备方法包括如下：
(1)硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝的制备：称取γ-氧化铝450g，加1150g水，加入40g的硼化锶和10g的碘化钇溶液，搅拌3h，加入15g的羟甲基纤维素，继续搅拌24h，然后滴加氢氧化钠溶液至pH为11，120℃烘干，然后在600℃下焙烧5h得到硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝。
(2)涂层浆液的制备：取300g硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝，300g的铈锆材料，加入到1250g的水中，搅拌2h后球磨至D90为25μm，得到涂层浆液；
(3)贵金属的负载：取含贵金属Pt为7.0631g的碘化铂，将贵金属溶液缓慢滴加到浆液中，用稀碘化调节pH至3，搅拌4h至均匀得到贵金属浆液；
(4)载体涂覆：取150*150*100，400目陶瓷载体，采用定量涂覆技术将832.6g浆液均匀的涂覆在载体上，150℃烘干，然后在550℃下焙烧4h，得到成品催化剂γ。
实施例4
一种适用于VOC处理装置系统具有烷烃高转化效率的催化氧化催化剂，该催化氧化催化剂由载体、涂层和贵金属构成。载体分为陶瓷载体，载体尺寸为150*150*100，载体为400目，涂层的上载量为120g和L，涂层主要由硼化锶和碘化钇改性γ-氧化铝，助剂以及铈锆材料组成，贵金属为Pt，含量为40g/ft3。
制备方法包括如下：
(1)硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝的制备：称取γ-氧化铝450g，加1150g水，加入12.5g的硼化锶和37.5g的碘化钇溶液，搅拌3h，加入15g的羟甲基纤维素，继续搅拌24h，然后滴加氢氧化钠溶液至pH为11，120℃烘干，然后在600℃下焙烧5h得到硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝。
(2)涂层浆液的制备：取450g硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝，50g的铈锆材料，加入到1050g的水中，搅拌2h后球磨至D90为25μm，得到涂层浆液；
(3)贵金属的负载：取含贵金属Pt为5.8858g的碘化铂，将贵金属溶液缓慢滴加到浆液中，用稀碘化调节pH至3，搅拌4h至均匀得到贵金属浆液；
(4)载体涂覆：取150*150*100，400目陶瓷载体，采用定量涂覆技术将832.6g浆液均匀的涂覆在载体上，150℃烘干，然后在550℃下焙烧4h，得到成品催化剂δ。
实施例5
一种适用于VOC处理装置系统具有烷烃高转化效率的催化氧化催化剂，该催化氧化催化剂由载体、涂层和贵金属构成。载体分为陶瓷载体，载体尺寸为150*150*100，载体为400目，涂层的上载量为120g和L，涂层主要由硼化锶和碘化钇改性γ-氧化铝，助剂以及铈锆材料组成，贵金属为Pt，含量为40g/ft3。
制备方法包括如下：
(1)硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝的制备：称取γ-氧化铝470g，加1150g水，加入15g的硼化锶和15g的碘化钇溶液，搅拌3h，加入15g的羟甲基纤维素，继续搅拌24h，然后滴加氢氧化钠溶液至pH为11，120℃烘干，然后在600℃下焙烧5h得到硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝。
(2)涂层浆液的制备：取400g硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝，100g的铈锆材料，加入到1150g的水中，搅拌2h后球磨至D90为25μm，得到涂层浆液；
(3)贵金属的负载：取含贵金属Pt为5.8858g的碘化铂，将贵金属溶液缓慢滴加到浆液中，用稀碘化调节pH至3，搅拌4h至均匀得到贵金属浆液；
(4)载体涂覆：取150*150*100，400目陶瓷载体，采用定量涂覆技术将832.6g浆液均匀的涂覆在载体上，150℃烘干，然后在550℃下焙烧4h，得到成品催化剂ε。
对比例ζ
对比例ζ为市场上某外资公司产品，技术处于国际领先地位，市场占有率较高。经分析，该催化剂载体尺寸150*150*100，400目，贵金属含量为51g/ft3，贵金属为Pt和Pd，Pt:Pd为3:1，涂层主要成分为氧化铝。
性能测试
对实施例α～ε及对比例ζ进行性能评价，分为新鲜态测试和热老化测试，性能测试条件如下：800ppm丙烷，10％O2，10％H2O，平衡气采用N2，反应温度室温-500℃，空速20000h-1。老化条件为：750℃热老化24h。性能测试得到催化剂样品的T50和催化剂样品的T100以及450℃转化率，具体结果见表1。
表1实施例1-4和对比例1-2催化剂样品的T50、T100比较
T50和T100越低代表催化剂性能越好，由表1可以看出，实施例1-5制备得到的催化剂α～ε的T50和T100无论老化态还是老化态均低于对比例ζ，由此可见，本发明制备的适用于VOC处理装置系统具有烷烃高转化效率的催化氧化催化剂性能明显优于外资公司的催化氧化催化剂。本发明的催化剂贵金属用量少于外资公司，且外资公司中使用了成本更高的Pd，由此成本比外资公司至少节省20％以上。
以上所述是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)改性γ-氧化铝的制备：称取γ-氧化铝500-700份，加入500-1500份水，加入1.25-40份的硼化锶和1-37.5份的碘化钇溶液，搅拌1-5h，加入1-20份的羟甲基纤维素，继续搅拌12-24h，然后滴加氢氧化钠溶液至pH为7-14，100-200℃烘干，然后在450-650℃下焙烧4-6h得到硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝；
(2)涂层浆液的制备：取50-90份的硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝，10-50份的铈锆材料，加入到150-250份的水中，搅拌1-3h后球磨至D90为15-30μm，得到涂层浆液；
(3)贵金属的负载：将贵金属溶液缓慢滴加到涂层浆液中，用稀碘化调节pH至2-7，搅拌4-8h至均匀得到贵金属浆液；
(4)载体涂覆：取陶瓷载体或金属载体，根据涂覆量计算所需浆液的重量，采用定量涂覆技术将浆液均匀的涂覆在载体上，100-200℃烘干，然后在400-600℃下焙烧2-6h，得到成品催化剂；
根据涂层浆液重量和涂覆量计算所述的贵金属，其中涂覆后催化剂贵金属含量为30-100g/ft3；
所述贵金属包括Pt。
2.根据权利要求1所述的一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，其特征在于，所述硼化锶和碘化钇改性的γ-氧化铝与铈锆材料的质量比为1:1～9:1。
3.根据权利要求1所述的一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，其特征在于，所述改性的γ-氧化铝中硼化锶和碘化钇之和与γ-氧化铝的质量比1:99～1:9。
4.根据权利要求1所述的一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，其特征在于，所述改性的γ-氧化铝中硼化锶与碘化钇质量比1:3～4:1。
5.根据权利要求1所述的一种用于VOC处理装置的催化氧化催化剂制备方法，其特征在于，所述载体为陶瓷载体或金属载体，载体目数200-400目。
6.根据权利要求1-6任一项所述制备方法所得到的催化氧化催化剂。
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| CN114700083A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-05 | 湖南立泰环境工程有限公司 | 一种用于低浓度voc的复合催化剂及其制备方法 |
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- 2021-12-02 CN CN202111463928.XA patent/CN114042465A/zh not_active Withdrawn
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| CN114700083A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-05 | 湖南立泰环境工程有限公司 | 一种用于低浓度voc的复合催化剂及其制备方法 |
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