【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂，具体为一种沼气原位提质制取生物天然气催化剂及其制备方法。
技术介绍
1、沼气是一种重要的可再生能源，主要由甲烷(ch4)和二氧化碳(co2)组成，通常还含有少量的硫化氢(h2s)、氮气(n2)、水蒸气等杂质。沼气可以通过厌氧消化有机物质，如农业废弃物、动物粪便、污泥等产生。然而，未经处理的沼气热值较低，杂质含量高，直接使用不仅效率低下，还会对设备造成腐蚀和污染。因此，对沼气进行提质处理(主要是脱碳)，提高其热值和纯度，是实现其高效利用的关键。
2、传统的沼气提质方法包括物理吸附、化学吸收和膜分离等技术，这些方法虽然能够在一定程度上去除杂质和提高沼气质量，但通常需要多步操作，工艺复杂，成本较高，且在处理含硫沼气时容易引起设备腐蚀和催化剂中毒，影响提质效果和设备寿命。
3、利用化学催化剂将沼气co2转化为甲烷进行沼气脱碳与提质，同步实现固碳减排与资源化利用目标。开发高效稳定的催化剂不仅能提高co2的转化效率，增加甲烷的产量，还能有效去除硫化氢等杂质。然而，现有的催化剂在实际应用中普遍存在反应活性低、选择性差、易受硫化氢和氧气中毒、稳定性差等问题，严重制约了沼气提质工艺的效率和经济性。
4、为了克服这些不足，本专利技术提供了一种新型的沼气原位提质制取生物天然气的催化剂及其制备方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种沼气原位提质制取生物天然气催化剂及其制备方法，通过优化催化剂组分和制备工艺，使其在高反应活性
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种沼气原位提质制取生物天然气催化剂，所述催化剂包括以下组分及其配比：
3、钯(pd)：2-5wt％；
4、铑(rh)：1-3wt％；
5、钯和铑作为贵金属组分，钯和铑在低温条件下表现出高催化活性，能够有效促进沼气中co2的甲烷化反应，生成甲烷(ch4)。并且钯和铑对甲烷化反应具有较高的选择性，能够最大限度地减少副产物的生成，提升生物天然气的纯度。
6、贵金属钯和铑在催化剂表面提供活性位点，通过吸附和活化反应物分子(co2和h2)，促进甲烷化反应的进行。钯和铑的协同作用能够增强催化剂的活性和选择性。
7、镍基合金(ni-al)：15-25wt％；其中，镍基合金中，铝占镍的5-10％。
8、镍基合金作为主要活性金属，相比于贵金属，镍是一种成本较低的催化剂材料，但同样具有较高的甲烷化活性，同时镍与铝形成的合金能够提高催化剂的机械强度和热稳定性，延长催化剂的使用寿命，并且镍基合金中引入铝元素，有助于提高催化剂的抗硫化性能。
9、镍基合金通过提供大量活性位点，促进co2的吸附和转化。铝元素的加入不仅提升了镍基合金的机械强度和稳定性，还通过与硫化氢(h2s)反应生成稳定的硫化铝，保护了镍的活性位点不易被硫化。
10、铈(ce)：5-10wt％；
11、铈(ce)作为稀土元素添加剂，铈具有较强的抗氧化性能，能够在含氧环境下保持催化剂的稳定性，防止催化剂失活。同时铈能够在催化过程中提供额外的氧化还原位点，促进反应的进行，提高催化效率。
12、铈通过其氧化还原循环提供了额外的氧化还原活性位点(氧空位)，增强了催化剂在反应过程中的氧化还原能力。同时，铈的抗氧化性能能够在含氧条件下保护催化剂的活性金属组分，防止其被氧化失活。
13、硼(b)：0.5-2wt％；
14、硼(b)作为促进剂，硼能够与硫化氢反应，生成稳定的硫化硼，保护催化剂表面的活性位点不被硫化。同时硼的加入能够改善催化剂的表面性质，增加催化剂的活性和稳定性。
15、硼通过在催化剂表面形成稳定的硫化物保护层，防止硫化氢对催化剂的毒害。同时，硼的存在还可以调节催化剂表面的电子密度和物理化学性质，提高催化剂的整体性能。
16、载体材料：为活性炭，占催化剂总重的50-70wt％；
17、活性炭作为载体材料，活性炭具有高度发达的孔隙结构和大比表面积，能够提供更多的活性位点。同时活性炭具有较高的热稳定性，能够在高温条件下保持结构不变。并且活性炭具有良好的机械强度，能够承受工业反应器中的高压和机械冲击。
18、活性炭通过其高比表面积和多孔结构，为活性金属组分提供了大量的分散位点，有效提升了催化剂的活性和稳定性。同时，活性炭的良好热稳定性和机械强度确保了催化剂在工业应用中的长期稳定运行。
19、通过上述技术方案，钯、铑与镍基合金的协同作用显著提高了催化剂的甲烷化反应活性和选择性，能够有效提升生物天然气的产率和纯度。同时镍基合金中铝和硼的加入显著增强了催化剂的抗硫化性能，延长了催化剂的使用寿命。并且铈的引入提高了催化剂的抗氧化性能，确保催化剂在含氧环境下的稳定性和活性。另外活性炭作为载体材料，不仅提供了丰富的活性位点，还具有优良的热稳定性和机械强度，确保催化剂在高温高压条件下的长期稳定运行。
20、优选的，所述镍基合金的ni与al的比例为90:10至95:5，这一配比旨在最大化催化剂的性能，包括反应活性、抗硫性能以及结构稳定性。
21、镍是一种已知的有效催化活性中心，尤其在甲烷化反应中表现出色。增加镍的比例有助于提供更多的活性位点，从而增强催化剂的整体活性。在这一优选比例下，镍的含量足以确保充分的反应活性，同时铝的存在则可以防止镍的过度聚集，从而保持催化剂的高分散性。
22、镍基合金中铝的加入对于提高催化剂的硫化氢耐受性至关重要。铝能与硫化氢反应形成稳定的硫化铝层，保护镍不被硫化，从而维持催化剂的长期活性和稳定性。该铝比例是优化后的结果，能够在不过度牺牲镍的催化活性的同时，提供足够的抗硫化保护。
23、铝的引入还有助于增强催化剂的结构稳定性。在高温条件下，铝可以帮助稳定镍的晶体结构，防止在反应过程中发生结构崩塌或是过度烧结。在这一比例范围内，铝的含量足以确保催化剂的结构稳定性，而不会对催化活性产生负面影响。
24、通过上述技术方案，这一比例不仅可以充分发挥镍的催化活性，还能通过适量的铝的加入，增强催化剂的抗硫化性能和结构稳定性。这种优选比例的设计是基于对催化剂性能的全面考虑，包括提高反应活性、选择性以及在长期运行中的稳定性，从而使催化剂在沼气提质过程中表现出更优异的性能。
25、优选的，所述活性炭经过酸洗和热处理，酸洗使用1-2m的盐酸溶液，热处理温度为200-300℃，持续时间为2-4小时，这些步骤的目的是去除活性炭表面的杂质，提高其物理稳定性和化学活性，从而提高催化剂的整体效率和耐用性。
26、高温处理有助于去除活性炭中的残留挥发性有机组分，这些组分在催化过程中可能导致性能下降。处理后的活性炭在高温催化反应中显示出更好的抵抗力，减少了物理磨损和化学腐蚀。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种沼气原位提质制取生物天然气催化剂，其特征在于，所述催化剂包括以下组分及其配比：
2.根据权利要求1所述的沼气原位提质制取生物天然气催化剂，其特征在于，所述镍基合金的Ni与Al的比例为90:10至95:5。
3.根据权利要求1所述的沼气原位提质制取生物天然气催化剂，其特征在于，所述活性炭经过酸洗和热处理，酸洗使用1-2M的盐酸溶液，热处理温度为200-300℃，持续时间为2-4小时。
4.根据权利要求1所述的沼气原位提质制取生物天然气催化剂，其特征在于，所述催化剂中金属组分通过共沉淀法均匀分布于载体材料表面。
5.一种沼气原位提质制取生物天然气催化剂的制备方法，用于制备如权利要求1-4任一项所述的沼气原位提质制取生物天然气催化剂，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液采用水或无水乙醇作为溶剂。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述还原焙烧步骤在氢气氛中进行，氢气浓度为5-10vol％。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在
9.一种沼气原位提质制取生物天然气的方法，采用如权利要求1-4任一项所述的催化剂，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述沼气中含有0.1-1％H2S。
...【技术特征摘要】
1.一种沼气原位提质制取生物天然气催化剂，其特征在于，所述催化剂包括以下组分及其配比：
2.根据权利要求1所述的沼气原位提质制取生物天然气催化剂，其特征在于，所述镍基合金的ni与al的比例为90:10至95:5。
3.根据权利要求1所述的沼气原位提质制取生物天然气催化剂，其特征在于，所述活性炭经过酸洗和热处理，酸洗使用1-2m的盐酸溶液，热处理温度为200-300℃，持续时间为2-4小时。
4.根据权利要求1所述的沼气原位提质制取生物天然气催化剂，其特征在于，所述催化剂中金属组分通过共沉淀法均匀分布于载体材料表面。
5.一种沼气原位提质制取生物天然气催化剂的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宏伟，
申请(专利权)人：农业农村部成都沼气科学研究所，
类型：发明
国别省市：
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