一種炭基催化劑的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了一種炭基催化劑的制備方法及應(yīng)用，屬于催化劑制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]羰基硫是一種有毒的有機(jī)硫化物，在工業(yè)生產(chǎn)和使用過(guò)程中排放到大氣環(huán)境，會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成嚴(yán)重的污染和危害。COS很容易引起催化劑中毒失活，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備有腐蝕作用。此外，不經(jīng)處理排放到大氣中的COS能形成二氧化硫，促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)，并最終轉(zhuǎn)化為硫酸鹽氣溶膠，帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。COS還會(huì)通過(guò)緩慢的水解反應(yīng)生成硫化氫(H2S)。雖然H2S比COS更易去除，但是H2S腐蝕生產(chǎn)設(shè)備。不僅給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)損失，而且增加了設(shè)備投資和產(chǎn)品成本。同時(shí)COS的吸入也對(duì)人類身體健康存在極大的危害。
[0003]一般情況下，COS的脫除方法包括還原法、催化水解法、吸收法、吸附法、光解法及氧化法等。催化水解法是利用催化劑將COS催化水解成H2S,然后再脫除的過(guò)程。這是因?yàn)镠2S的去除比COS更容易。同時(shí)催化水解法的精度高、投資和操作費(fèi)用較低、基本上沒(méi)有動(dòng)力消耗。當(dāng)原料氣含硫量較低或氣體流量較小時(shí)，催化水解法的效果較為理想。
[0004]催化水解法脫除COS的原理是:cos在催化劑上與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成h2s、co2，然后這些水解產(chǎn)物在后續(xù)工段上被脫除。催化水解的反應(yīng)溫度一般低于300°c，并且能耗較低，副反應(yīng)較少，且大部分原料氣中含有水解過(guò)程所需的水蒸氣和氧氣。與此同時(shí)，低溫催化水解COS的過(guò)程可避免原料氣裂解、甲烷化等副反應(yīng)的發(fā)生，所以該法成為目前脫除COS研宄領(lǐng)域中的熱點(diǎn)之一。
[0005]中國(guó)專利CN 102600848A公開(kāi)了名稱為“一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法和應(yīng)用”的發(fā)明，該方法所制備的催化劑主要針對(duì)尾氣中二硫化碳進(jìn)行催化水解，從而脫除二硫化碳。但該方法沒(méi)有涉及羰基硫脫除的研宄，且只針對(duì)氣源中單一、低濃度的二硫化碳的脫除，所以其實(shí)用性相對(duì)較小。中國(guó)專利CN 102463033A公開(kāi)了一個(gè)名為“用于羰基硫水解的方法”的發(fā)明，其催化劑的重量百分比組成為:(a)堿金屬碳酸鹽、堿土金屬氧化物或其混合物I ~5% ； (b)稀土氧化物總計(jì)15~25% ; (c) 70-80%的氧化鋁。但其優(yōu)選羰基硫的濃度僅為100~300ppm，而且反應(yīng)溫度為50~300°C，所以其主要的不足之處是:適用的物料濃度太低，反應(yīng)溫度相對(duì)較高。
[0006]目前，關(guān)于水解催化COS的低溫等離子體改性炭催化劑的制備未見(jiàn)到報(bào)道。因此，研發(fā)簡(jiǎn)潔高效的羰基硫處理方法和低溫下穩(wěn)定性更高的催化劑具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種炭基催化劑的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)將活性炭研磨并篩分成40~60目，然后用蒸餾水洗4~6遍至上清液無(wú)渾濁物懸浮，在100~120°C干燥6~8小時(shí)；
(2)將干燥后的活性炭在濃度為0.5-1.5mol/L的KOH溶液中煮沸1.5-2.0h，再用蒸餾水洗滌至濾液為中性，過(guò)濾后在100~120°C下干燥6~8小時(shí)；
(3)將干燥后的活性炭加入Fe2(CO3)3膠體溶液中超聲浸漬0.5-1.0小時(shí)，再將浸漬后的活性炭在100~120°C下干燥6~8小時(shí)，然后在300°C下焙燒3小時(shí)負(fù)載有活性組分的活性炭;
(4)將步驟(3)中得到的且負(fù)載有活性組分的活性炭放入KOH溶液中超聲浸漬0.5-1.0小時(shí)，再將浸漬后的炭基催化劑在100~120°C下干燥3~4小時(shí)；
(5)將步驟(4)干燥后的炭基催化劑置于板式低溫等離子體反應(yīng)裝置內(nèi)，分別采用氮?dú)狻⒀鯕饣虬睔鈱?duì)催化劑改性5~40min，即得到改性炭基催化劑。
[0008]本發(fā)明步驟(5)中所述的板式低溫等離子體反應(yīng)裝置包括高壓電極1、石英管2、石英片3、低壓電極4、進(jìn)氣口 5、出氣口 6、橡膠塞I 8、橡膠塞II 9，高壓電極I穿過(guò)橡膠塞I 8固定在石英管2內(nèi)，低壓電極4穿過(guò)橡膠塞II 9固定在石英管2內(nèi)；橡膠塞II 9上設(shè)有進(jìn)氣口 5、出氣口 6位于石英管2的下端，石英片3放置于低壓電極4上；低壓電極4、低壓電極4分別與交流高壓電源連接。
[0009]本發(fā)明步驟(5)中所述的板式低溫等離子體反應(yīng)裝置的工作電壓為1~6.5KV、電流為 0.2~1Αο
[0010]本發(fā)明所述炭基催化劑的制備方法制備得到的炭基催化劑用于脫除尾氣中的羰基硫，條件為:在常壓下，處理溫度為40~70 °C，空速為500(^200001^的條件下脫除尾氣中的幾基硫。
[0011]相較于現(xiàn)有的技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
(I)本發(fā)明所述方法技術(shù)簡(jiǎn)單易行，放電均勻，對(duì)炭基催化劑改性效果好，改性裝置的運(yùn)行成本低，該方法制得的催化劑完全可以適用于氣源中羰基硫的濃度范圍，改性后的催化劑其催化水解羰基硫的穩(wěn)定性高。
[0012](2)本發(fā)明所述炭基催化劑經(jīng)板式介質(zhì)阻擋放電等離子體改性后，其低溫下對(duì)羰基硫的催化水解的穩(wěn)定性明顯提尚。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為板式低溫等離子體反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為實(shí)施例1~3中催化劑對(duì)COS的催化水解活性。
[0014]圖中:1_尚壓電極；2_石英管；3_石英片；4_低壓電極；5_進(jìn)氣口 ；6_出氣口 ；7-催化劑；8_橡膠塞I ;9_橡膠塞II。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合部分具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明保護(hù)范圍并不限于如下所述內(nèi)容。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例1~3測(cè)試水解催化劑的活性可以用COS的轉(zhuǎn)化率來(lái)表示。
[0017]實(shí)施例1
將活性炭研磨并篩分成40~60目，然后分別有自來(lái)水和蒸餾水洗4~6遍至上清液無(wú)渾濁物懸浮，在100°C下于鼓風(fēng)干燥箱中干燥7小時(shí)；將干燥后的活性炭在濃度為0.5mol/L的KOH溶液中煮沸1.5小時(shí)，再用蒸餾水洗滌至pH (pH約為7)恒定，過(guò)濾后在100°C下于鼓風(fēng)干燥箱中干燥6小時(shí)；將干燥后的活性炭浸入金屬鹽(Fe2O3的負(fù)載量為活性炭質(zhì)量的5%)溶液中超聲浸漬0.5小時(shí)，再將浸漬后的活性炭在100°C下于鼓風(fēng)干燥箱中干燥6小時(shí)，然后在300°C下焙燒3小時(shí)；將焙燒后且負(fù)載有活性組分的活性炭放入堿性溶液中超聲浸漬0.5小時(shí)，再將浸漬后的炭基催化劑在100°C下于鼓風(fēng)干燥箱中干燥3小時(shí)；將經(jīng)上述過(guò)程處理過(guò)的炭基催化劑Fe/AC置于板式石英管片介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中，在IKV電壓，0.2A的電流和氮?dú)鈿夥諚l件下處理5min，得到氮?dú)獾蜏氐入x子體改性催化劑Fe/AC/N2-NTP0
[0018]本實(shí)施例步驟(5)中所述的板式低溫等離子體反應(yīng)裝置包括高壓電極1、石英管2、石英片3、低壓電極4、進(jìn)氣口 5、出氣口 6、橡膠塞I 8、橡膠塞II 9，高壓電極I穿過(guò)橡膠塞I 8固定在石英管2內(nèi)，低壓電極4穿過(guò)橡膠塞II 9固定在石英管2內(nèi)；橡膠塞II 9上設(shè)有進(jìn)氣口 5、出氣口 6位于石英管2的下端，石英片3放置于低壓電極4上；低壓電極4、低壓電極4分別與交流高壓電源連接。
[0019]本實(shí)施例所述炭基催化劑的制備方法制備得到的炭基催化劑用于脫除尾氣中的羰基硫，具體包括以下步驟:將低溫等離子體改性水解催化劑置于Φ4_Χ100_的固定床石英反應(yīng)器內(nèi)，催化劑的填充高度為45mm，COS的濃度為1105mg/Nm3(平衡氣為氮?dú)?，以流速為55ml/min的速率通入到反應(yīng)器內(nèi)，水蒸氣由水飽和器帶入反應(yīng)器中，在相對(duì)濕度為49%，反應(yīng)溫度為50