本發(fā)明屬于天然氣、煉廠氣和煤化工氣加工，特別涉及一種能夠有效抑制三氧化硫生成的克勞斯尾氣焚燒催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、天然氣凈化廠、煉油廠和煤化工廠普遍采用克勞斯硫磺回收工藝技術(shù)回收含硫化氫酸性氣中的硫磺。該技術(shù)總體可將酸性氣中90-97％的硫化氫回收轉(zhuǎn)化為硫磺。硫磺回收后的尾氣一般含有體積百分比0.5-2％的硫化氫、0.01-0.5％的有機(jī)硫、0.02-0.1％的元素硫和0.2-1％的二氧化硫。對(duì)于無(wú)后續(xù)尾氣處理工藝的，尾氣一般通過(guò)配入適量空氣在500-600℃進(jìn)行熱焚燒，將非二氧化硫的硫化物氧化為二氧化硫后排放，此為常規(guī)焚燒。對(duì)于采用氧化吸收類尾氣處理工藝(如康索夫工藝)的，尾氣同樣通過(guò)配入適量空氣進(jìn)行熱焚燒，將非二氧化硫的硫化物氧化為二氧化硫后再進(jìn)行下一步處理，因?qū)Ψ贌笪矚庵袣堄嗔蚧瘹浜陀袡C(jī)硫濃度有嚴(yán)格要求，焚燒溫度為750-850℃，此為高溫焚燒。

2、熱焚燒通常需消耗大量燃料氣。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，開(kāi)發(fā)了克勞斯尾氣催化焚燒技術(shù)。通過(guò)在焚燒爐中裝填催化劑，在300-350℃條件下就可達(dá)到500-600℃的熱焚燒效果。催化焚燒催化劑通常采用硅膠或硅鋁作載體，氧化鉻與氧化鐵作活性組分。對(duì)于常規(guī)焚燒，通常要求焚燒后氣體中硫化氫體積濃度<10ppm，有機(jī)硫體積濃度<20ppm，對(duì)三氧化硫濃度無(wú)要求。催化焚燒與熱焚燒均能達(dá)到這一指標(biāo)，因此，催化焚燒技術(shù)在克勞斯尾氣常規(guī)焚燒裝置上得到大量應(yīng)用。而對(duì)于高溫焚燒，若用催化焚燒替代熱焚燒，則在保證焚燒后氣體中硫化氫體積濃度<10ppm，有機(jī)硫體積濃度<20ppm的前提下，焚燒后氣體中有體積濃度100-200ppm的三氧化硫，不能滿足后續(xù)尾氣處理工藝提出的三氧化硫體積濃度<10ppm的要求，會(huì)導(dǎo)致尾氣處理裝置嚴(yán)重腐蝕和出現(xiàn)大量含鹽廢水。因此，催化焚燒技術(shù)未在高溫焚燒裝置工業(yè)應(yīng)用。推進(jìn)催化焚燒技術(shù)在氧化吸收類尾氣處理工藝裝置工業(yè)應(yīng)用的核心問(wèn)題是開(kāi)發(fā)出能有效抑制三氧化硫生成的催化焚燒催化劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效抑制三氧化硫生成(檢測(cè)下限為1ppm的裝置無(wú)法檢測(cè)出三氧化硫的存在)的克勞斯尾氣焚燒催化劑及其制備方法與應(yīng)用。該催化劑適用于硫磺回收裝置尾氣的催化焚燒，可在300-350℃低溫條件下將氣體中的硫化氫、元素硫和有機(jī)硫氧化為二氧化硫，同時(shí)避免普通焚燒催化劑同時(shí)將部分二氧化硫深度氧化為三氧化硫?qū)е路贌髿怏w中出現(xiàn)少量三氧化硫的問(wèn)題，可有效解決焚燒后尾氣在進(jìn)行下一步尾氣處理過(guò)程中因三氧化硫造成的裝置腐蝕嚴(yán)重和含鹽廢水量大的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下三方面的技術(shù)方案。

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種克勞斯尾氣焚燒催化劑，其中，該催化劑以高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅作載體負(fù)載活性組分氧化鈧和氧化鉻；

4、其中，高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅中，以高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅總質(zhì)量為100％計(jì)，二氧化硅含量>99.9％，氧化鐵含量<0.01％；

5、其中，負(fù)載的活性組分不含氧化鐵。

6、發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有克勞斯尾氣焚燒催化劑進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為現(xiàn)有克勞斯尾氣焚燒催化劑在300-350℃下催化硫化氫、有機(jī)硫和元素硫氧化為二氧化硫化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)主要是氧化鉻，氧化鐵主要起改善氧化鉻在常規(guī)硅膠或硅鋁載體上的分散性的作用；氧化鉻不會(huì)催化二氧化硫深度氧化為三氧化硫，但氧化鐵可將2-10％的二氧化硫深度氧化為三氧化硫。基于此，發(fā)明人提出了以高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅作載體負(fù)載活性組分氧化鈧和氧化鉻的克勞斯尾氣焚燒催化劑，在該催化劑中，采用高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅作載體替代常規(guī)的硅膠或硅鋁材料，消除常規(guī)的硅膠或硅鋁材料因含較高的氧化鐵雜質(zhì)對(duì)催化劑的影響，采用氧化鈧替代氧化鐵，實(shí)現(xiàn)氧化鉻在高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅載體均勻分散的同時(shí)不會(huì)催化二氧化硫深度氧化為三氧化硫。在高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅、氧化鈧和氧化鉻的配合作用下實(shí)現(xiàn)在克勞斯尾氣焚燒過(guò)程中起到高效催化作用的同時(shí)避免產(chǎn)生三氧化硫生成(檢測(cè)下限為1ppm的裝置無(wú)法檢測(cè)出三氧化硫的存在)。

7、根據(jù)第一方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，以催化劑總質(zhì)量為100％計(jì)，氧化鈧的量含量為0.5-0.8％，氧化鉻的重量含量為3.0-4.5％。

8、根據(jù)第一方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，作為載體的高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅由高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅粉末壓片成型得到；

9、進(jìn)一步地，高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅粉末的比表面為100-150m2/g、平均粒徑為0.2-0.5微米、堆積密度為0.1-0.15g/ml；

10、進(jìn)一步地，壓片成型的壓力為10-30mpa、沖壓時(shí)間為1-2s。

11、進(jìn)一步地，所述高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅粉末選用采用氣相法生產(chǎn)的親水型高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅粉末。

12、根據(jù)第一方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，作為載體的高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅為片狀，直徑為8-10mm、高度為2-3mm。

13、第二方面，本發(fā)明提供了上述克勞斯尾氣焚燒催化劑的制備方法，其中，該方法包括：

14、將作為載體的高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅置于鈧鹽和鉻鹽的混合溶液中進(jìn)行浸漬，浸漬后經(jīng)干燥、焙燒得到所述催化劑。

15、根據(jù)第二方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，該方法還包括載體制備步驟：將比表面為100-150m2/g、平均粒徑為0.2-0.5微米、堆積密度為0.1-0.15g/ml的高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅粉末與水混合后進(jìn)行壓片成型，進(jìn)而將壓片成型后的產(chǎn)品進(jìn)行干燥得到直徑8-10mm、高度2-3mm的片狀高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅作為載體；其中，壓片成型的壓力為10-30mpa、沖壓時(shí)間為1-2s；

16、進(jìn)一步地，高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅粉末與水的質(zhì)量比為300-400:100-130；

17、進(jìn)一步地，干燥的溫度為120-130℃，干燥的時(shí)間為2-3h。

18、根據(jù)第二方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，鈧鹽包括硝酸鈧和/或硫酸鈧；

19、進(jìn)一步地，鈧鹽選用硝酸鈧。

20、根據(jù)第二方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，鉻鹽包括硝酸鉻、氯化鉻和硫酸鉻中的一種或兩種以上的組合；

21、進(jìn)一步地，鉻鹽選用硝酸鉻。

22、根據(jù)第二方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，浸漬后干燥的溫度為100-110℃。

23、根據(jù)第二方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，焙燒的溫度為350-400℃、時(shí)間為2-3h。

24、根據(jù)第二方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，該方法包括：

25、載體制備：將300-400重量份的比表面為100-150m2/g、平均粒徑為0.2-0.5微米、堆積密度為0.1-0.15g/ml的高純度且超低鐵雜質(zhì)含量的二氧化硅粉末與100-130重量份的水混合后進(jìn)行成型壓力10-30mpa、沖壓時(shí)間1-2s的壓片成型，形成直徑8-10mm、高度2-3mm的片材，進(jìn)而將壓片成型后的產(chǎn)品在120-130℃下干燥得到載體；

26、浸漬液制備：將鈧鹽(無(wú)水硝酸鈧和/或硫酸鈧，純度>98％)和鉻鹽(無(wú)水硝酸鉻和/或氯化鉻和/或硫酸鉻，純度>99％)與水混合得到鈧鹽體積濃度為83-130g/l、鉻鹽體積濃度為470-705g/l的鈧鹽和鉻鹽的混合溶液；

27、浸漬：將載體置于鈧鹽和鉻鹽的混合溶液中進(jìn)行浸漬；其中，載體與鈧鹽和鉻鹽的混合溶液的用量比為40-50g:50-80ml；

28、干燥：將浸漬后的產(chǎn)品在120-130℃下干燥；

29、焙燒：干燥后的產(chǎn)品在350-400℃下焙燒2-3h得到所述催化劑。

30、第三方面，本發(fā)明提供了上述克勞斯尾氣焚燒催化劑在克勞斯尾氣焚燒過(guò)程中作為催化劑的應(yīng)用。

31、根據(jù)第三方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，在上述應(yīng)用中，將克勞斯尾氣通入裝填有上述催化劑的焚燒設(shè)備中進(jìn)行焚燒。

32、根據(jù)第三方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，在上述應(yīng)用中，催化劑的粒徑為1.5-2mm。

33、根據(jù)第三方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，在上述應(yīng)用中，氣體空速為1000-1500h-1。

34、根據(jù)第三方面的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，在上述應(yīng)用中，焚燒溫度為300-350℃。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具備以下有益效果：

36、1、現(xiàn)有克勞斯尾氣催化焚燒催化劑會(huì)催化二氧化硫深度氧化為三氧化硫的副反應(yīng)。焚燒后氣體中三氧化硫體積濃度約為100-200ppm。本發(fā)明催化劑能有效抑制三氧化硫的生成，焚燒后氣體中三氧化硫體積濃度<1ppm。

37、2、現(xiàn)有克勞斯尾氣催化焚燒催化劑對(duì)有機(jī)硫的氧化效果較差，只能保證焚燒后氣體中有機(jī)硫濃度<20ppm。本發(fā)明催化劑強(qiáng)化了有機(jī)硫氧化效果，焚燒后氣體中有機(jī)硫濃度<5ppm。

38、3、使用本發(fā)明提供的催化劑進(jìn)行克勞斯尾氣催化焚燒在滿足后續(xù)尾氣處理工藝提出的三氧化硫體積濃度<10ppm的要求的同時(shí)抑制了三氧化硫的產(chǎn)生，解決了裝置腐蝕嚴(yán)重和出現(xiàn)大量含鹽廢水的問(wèn)題，且有機(jī)硫(cos)濃度遠(yuǎn)低于<20ppm降低了裝置排放氣中硫化物濃度，環(huán)保效益顯著。