專利名稱：一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法和應(yīng)用，屬于大氣污染凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
CS2是一種有毒的有機(jī)化合物，不僅在天然氣、焦?fàn)t氣、煤制氣、水煤氣、煉廠氣和克勞斯尾氣中廣泛存在，在黃磷尾氣中也存在少量的CS2，不同種類(lèi)的氣源導(dǎo)致CS2的含量有所不同。微量的CS2S在于工業(yè)原料氣中會(huì)使化工生產(chǎn)中各種催化劑中毒失活，嚴(yán)重影響其催化效果和使用壽命，同時(shí)由于CS2會(huì)緩慢水解生成H2S,腐蝕生產(chǎn)設(shè)備，增加了設(shè)備投資和產(chǎn)品成本。與H2S相比，CS2的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，很難用常規(guī)的方法將其直接脫除。目前比較常用的是催化水解法，其脫除CS2的原理是CS2在催化劑上與氣體中水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成H2S,然后H2S在后續(xù)工段脫硫劑上被脫除。催化水解CS2的反應(yīng)溫度一般低于300°C，能耗相對(duì)較低，副反應(yīng)少，且水解過(guò)程所需的水蒸氣是大部分原料氣中所有的，水解催化劑價(jià)格便宜，在經(jīng)濟(jì)上占優(yōu)勢(shì)。而低溫催化水解(低于IO(TC)CS2的過(guò)程由于不受氣源的限制， 且可以避免高溫所帶來(lái)的原料氣裂解、甲烷化等副反應(yīng)的發(fā)生及能源消耗，成為目前研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)CS2水解催化劑的改性方法的專利技術(shù)的報(bào)道還比較少。中國(guó)專利CN 101121123A公開(kāi)了一種以氧化鋁基為載體，添加催化劑改性劑ZrO2 和La2O3得到了一種中溫CS2水解催化劑。但該催化劑在使用過(guò)程中反應(yīng)溫度過(guò)高，一般在 200-4000C，易發(fā)生硫酸鹽化中毒，能耗大，且對(duì)水解中間產(chǎn)物COS和水解最終產(chǎn)物H2S吸附不完全，在尾氣中能檢測(cè)到COS和!!#。中國(guó)專利CN 1066005A公開(kāi)了一種從廢氣中除去 H2S和/或CS2的方法，將這些廢氣與水和溴接觸，以使得在水溶液中生成硫酸(H2SO4)和氫溴酸(HBr )，有時(shí)還可能生成二氧化碳(CO2)。采用一個(gè)電解槽將這些HBr和H2SO4轉(zhuǎn)變成溴和水，還可以生產(chǎn)出可供出售的氫。但該工藝為濕法脫除技術(shù)，工藝較復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有二硫化碳水解催化劑的不足，提供一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法，該方法將活性炭基水解催化劑置于等離子體反應(yīng)器內(nèi)，在電壓為10 80V、電流為O. 2 I. OA的空氣氣氛條件下處理10 60min，即得低溫等離子體改性水解催化劑；水解催化劑經(jīng)過(guò)等離子體改性后，其低溫催化水解活性有了明顯提高。本發(fā)明中所述等離子體反應(yīng)器為同軸式介質(zhì)阻擋反應(yīng)器。本發(fā)明另一目的是將低溫等離子體改性水解催化劑應(yīng)用于脫除尾氣中的二硫化碳。本發(fā)明中所述應(yīng)用，是將含有二硫化碳的尾氣通過(guò)裝有低溫等離子體改性水解催化劑的反應(yīng)器，在常壓，40 60°C，空速為5000 lOOOOtT1，相對(duì)濕度為5% 70%的條件下催化水解二硫化碳，脫除二硫化碳，反應(yīng)中二硫化碳轉(zhuǎn)化為硫化氫，再將硫化氫氧化為硫酸鹽沉積在催化劑上。
本發(fā)明中所述在同軸式介質(zhì)阻擋反應(yīng)器是在外徑25mm、厚度2. 5mm的剛玉管中心插入一個(gè)直徑IOmm的不銹鋼電極，剛玉管外壁用不銹鋼網(wǎng)纏繞作為高壓電極，不銹鋼墻板作為低壓電極。上述步驟中的活性炭基水解催化劑是以活性炭(AC)為載體，采用溶膠-凝膠法負(fù)載活性金屬，例如采用中國(guó)專利CN 101559379A公開(kāi)的一種水解催化劑的制備方法制備而成。本發(fā)明方法中CS2的催化水解反應(yīng)的原理如下
CS2+H2O ^ COS+H2S COS+ H2O 3 CO2+H2S CS2 + 2H,p ^CO3 + 2H2S
利用工業(yè)廢氣中本身含有的H2O,在改性后的水解催化劑作用下使CS2與H2O在40 60°C溫度下反應(yīng)，轉(zhuǎn)化生成容易被脫除的H2S, H2S被氧化成無(wú)機(jī)硫酸鹽沉積在催化劑表面。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)工藝流程簡(jiǎn)單，整個(gè)改性裝置運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)低廉，改性后的水解催化劑CS2脫除效率高，在溫度為40 60°C，空速為5000 lOOOOh—1 的條件下，即可將氣體中的CS2脫除，且可用于同時(shí)脫除CS2、水解中間產(chǎn)物COS和水解最終產(chǎn)物H2S,將H2S催化氧化成無(wú)機(jī)硫酸鹽；該催化劑的適用范圍較廣，可以處理CS2濃度為 100 2500mg/m3的氣體，脫硫精度高。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明保護(hù)范圍并不限于如下所述內(nèi)容。測(cè)試本實(shí)施例所得改性催化劑的活性，催化劑的活性可以用CS2R化率來(lái)表示。實(shí)施例中采用中國(guó)專利CN101559379A中公開(kāi)的水解催化劑的制備方法制得活性炭基水解催化劑，具體制備方法如下
A、稱取磨成40-60目的煤質(zhì)活性炭5g，分別用自來(lái)水和蒸餾水洗3次，然后在Imol-Γ1 的KOH溶液煮沸I. 5h，再用蒸餾水洗至pH不再變化為止，過(guò)濾后放入120°C烘箱中干燥4 小時(shí)；
B、用1.2578g Fe (NO3) 3 · 9H20、0. 1511g Cu (NO3) 2· 3H20 和 O. 56Ig 無(wú)水 Na2CO3 溶于 20ml 蒸餾水中制成膠體溶液。將A步驟的干燥活性炭放入其中，超聲波浸潰30min后于120°C烘箱中干燥3h，干燥后樣品在400°C焙燒3h ；
C、稱取O.1895g KOH溶于15ml蒸餾水中，將B步驟所得活性炭放入，超聲波浸潰30min 后于120°C烘箱中干燥3h，得活性炭基催化劑(Fe-Cu-K/AC)。實(shí)施例I :本低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法及應(yīng)用方法，具體內(nèi)容如下
將通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)制備的活性炭基催化劑Fe-Cu-K/AC置于同軸式介質(zhì)阻擋反應(yīng)器內(nèi)， 在輸入電壓為30V、電流為O. 5A的空氣氣氛條件下處理20min，得到低溫等離子體改性水解催化劑；
將低溫等離子體改性水解催化劑置于04mmX100mm的固定床石英反應(yīng)器中，在反應(yīng)器內(nèi)裝填45mm高的催化劑，將CS2濃度為170 mg/m3的氣體(平衡氣為N2)以60mL/min的速率通入反應(yīng)器內(nèi)，水蒸氣由水飽和器夾帶進(jìn)入反應(yīng)器中，在相對(duì)濕度為70%，500C (通過(guò)循環(huán)水浴鍋控制反應(yīng)器溫度)，氣體空速為7000 h—1，壓力為常壓條件下催化水解CS2，反應(yīng)器出口未檢測(cè)到COS和H2S, CS2催化水解轉(zhuǎn)化效率見(jiàn)表1，并與未經(jīng)過(guò)低溫等離子體處理的催化劑的CS2水解轉(zhuǎn)化效率結(jié)果比較，其結(jié)果見(jiàn)表2。表I :等離子體改性催化劑的CS2催化水解轉(zhuǎn)化效率結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法，其特征在于將活性炭基水解催化劑置于等離子體反應(yīng)器內(nèi)，在電壓為10 80V、電流為O. 2 I. OA的空氣氣氛條件下處理 10 60min，即得低溫等離子體改性水解催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法，其特征在于等離子體反應(yīng)器為同軸式介質(zhì)阻擋反應(yīng)器。
3.權(quán)利要求I或2所述的低溫等離子體改性水解催化劑制備方法制得的低溫等離子體改性水解催化劑應(yīng)用于脫除尾氣中的二硫化碳。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫等離子體改性水解催化劑的應(yīng)用，其特征在于將含有二硫化碳的尾氣通過(guò)裝有低溫等離子體改性水解催化劑的反應(yīng)器，在常壓，40 60°C，空速為5000 IOOOOtr1，相對(duì)濕度為5 70%的條件下催化水解二硫化碳，脫除二硫化碳。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法，該方法是將活性炭基水解催化劑置于等離子體反應(yīng)器中在一定條件下進(jìn)行改性處理后，將含有二硫化碳的氣體通過(guò)裝有等離子體改性過(guò)的催化劑的反應(yīng)器進(jìn)行催化水解反應(yīng)，在低溫條件下將二硫化碳轉(zhuǎn)化為硫化氫，再將硫化氫氧化為硫酸鹽沉積在催化劑上，而且改性后的催化劑水解催化能力明顯提高。本發(fā)明中二硫化碳水解催化劑的改性方法簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，改性后的水解催化劑效果好，可以適用于工業(yè)廢氣中低濃度二硫化碳的脫除。
文檔編號(hào)B01J37/34GK102600848SQ20121003713
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者何丹, 何國(guó)利, 唐曉龍, 孫鑫, 宋敬浩, 彭瀟, 易紅宏, 李凱 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)