一种改性脱硫催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及催化剂的制备，尤其涉及一种改性脱硫催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高炉煤气作为钢铁生产过程中最重要的二次能源之一，用途广泛。高炉煤气中存在多种硫化物，硫化物的存在会对管道和设备造成腐蚀，作为燃料的高炉煤气燃烧后一般直接排放，硫化物经燃烧后生成so2，其浓度已不满足现行的环保标准，因此高炉煤气脱硫已成为新的so2控制增长点。高炉煤气中cos占总硫含量的70％-80％，cos是一个结构上与二硫化碳和二氧化碳类似的碳化合物，分子为直线型，性质稳定，去除困难。因此cos是高炉煤气脱硫的难点。目前cos脱除技术主要有水解法、吸附法、吸收法和加氢转化法等。由于受到热力学的限制，羰基硫的加氢转化并不容易发生，或是经常发生部分转化，难以完全处理；吸收法在脱除羰基硫过程中产生副产物，消耗大量溶剂，吸收后不能再生，且吸收法的选择性不强。因此水解法和吸附法是较为常用的方法，具有反应温度适中、副反应少和脱除效率高等优点，常见的催化剂有分子筛、活性炭和金属氧化物等。

2、水滑石类化学物又称为层状双羟基复合金属氢氧化物(简写为ldhs)，该类物质具有独特的带电层状结构，层间空间中含有阴离子和游离水分子，层间阴离子和晶体水在高温焙烧下失去，形成具有较大比表面积、金属离子均匀分散的混合氧化物，被广泛用于酸性气体的脱除，但是锌铝类水滑石衍生物，碱性位点较弱且单一，脱除羰基硫效果不佳。

3、因此，亟需一种改性锌铝氧化物吸附材料及其制备方法和应用来解决上述问题。

技术实现思路

1、基于以上所述，本发明的目的在于提供一种改性脱硫催化剂及其制备方法和应用，在吸附脱除羰基硫的反应中效果较佳，能实现煤气精脱硫，达到源头减排目标。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种改性脱硫催化剂的制备方法，包括：

4、在室温下将锌盐和铝盐溶于水中，制得溶液a，其中锌和铝的摩尔比为：0.5-2；

5、将碱和碳酸盐溶于水中，制得溶液b，其中，n(oh-)＝2n(zn2+)+3n(al3+)；

6、将所述溶液a滴加至所述溶液b中得到ph为9-10的悬浮液，将所述悬浮液晶化，并离心洗涤至晶化产物至ph中性，然后干燥得到锌铝水滑石前驱体；

7、将所述锌铝水滑石前驱体焙烧得到锌铝氧化物；

8、检测所述锌铝氧化物的吸水率；

9、采用等体积浸渍法浸渍所述锌铝氧化物，称取预设质量的所述锌铝氧化物作为载体，并根据所述锌铝氧化物的吸水率配置相应体积的浸渍液，其中，所述浸渍液中碱性物质的质量分数为5％-15％；

10、将所述浸渍液滴加进所述载体中，超声均匀5min-10min，常温浸渍1h-3h；

11、将等体积浸渍过后的所述载体干燥焙烧，得到改性脱硫催化剂。

12、作为一种改性脱硫催化剂的制备方法的优选方案，所述溶液a中，锌离子和铝离子的浓度之和为0.8mol/l-1mol/l。

13、作为一种改性脱硫催化剂的制备方法的优选方案，所述碱性物质包括naoh、koh、na2co3及k2co3的其中一种或多种。

14、作为一种改性脱硫催化剂的制备方法的优选方案，检测所述锌铝氧化物的吸水率具体包括以下步骤：

15、称取预设重量a的所述锌铝氧化物，将水滴在所述锌铝氧化物表面至所述锌铝氧化物吸水饱和，吸水饱和后的所述锌铝氧化物重量为b；

16、计算得到所述锌铝氧化物的吸水率c＝(b-a)/a×100％。

17、作为一种改性脱硫催化剂的制备方法的优选方案，所述锌铝氧化物的吸水率×所述锌铝氧化物的预设质量＝所述浸渍液中水的质量，根据上述公式计算得到等体积浸渍所需水的体积后，按质量分数为5％-15％向所述水中加入预设质量的所述碱性物质得到所述浸渍液。

18、作为一种改性脱硫催化剂的制备方法的优选方案，制得所述锌铝水滑石前驱体具体包括：

19、将装有所述溶液b的容器放于磁力搅拌器上，用胶头滴管将所述溶液a以1滴/s-2滴/s缓慢滴入所述容器中，边滴加边搅拌，滴加完后，用2mol/l-5mol/l的盐酸调节混合溶液的ph至9-10，继续搅拌30min-60min得到所述悬浮液；。

20、将所述悬浮液晶化，晶化温度为50℃-80℃，晶化时间为10h-12h；

21、离心洗涤晶化产物至ph中性，将其置于烘箱中80℃-100℃下干燥8h-12h，制得所述锌铝水滑石前驱体。

22、作为一种改性脱硫催化剂的制备方法的优选方案，将所述锌铝水滑石前驱体置于炉中从室温升温到300℃-500℃，再在300℃-500℃的条件下焙烧3h-5h，最终得到所述锌铝氧化物。

23、作为一种改性脱硫催化剂的制备方法的优选方案，在将等体积浸渍过后的所述载体干燥焙烧的步骤中，具体包括：

24、将等体积浸渍过后的所述载体放在烘箱中80℃-100℃下干燥8h-12h；

25、将干燥后的所述载体置于马弗炉中从室温升温到300℃-500℃，再在300℃-500℃的条件下焙烧3h-5h，获得所述改性脱硫催化剂。

26、一种改性脱硫催化剂，由上述任一技术方案所述的改性脱硫催化剂的制备方法制得。

27、如上述的改性脱硫催化剂在脱硫中的应用，包括以下步骤：

28、将所述改性脱硫催化剂压片处理，并筛分得到40目-60目的颗粒；

29、称取预设质量的所述改性脱硫催化剂，置于内径为7mm的石英管中，所述石英管的两端用石英砂和石英棉填充；

30、将放置有所述改性脱硫催化剂的所述石英管置于反应设备中，通入cos和n2混合气，其中，所述混合气总流速为50ml/min-100ml/min，cos浓度为800ppm-1000ppm，反应温度为120℃-200℃。

31、本发明的有益效果为：

32、本发明提供一种改性脱硫催化剂的制备方法，通过锌盐和铝盐混合溶液滴入碱和碳酸盐溶液中，然后依次晶化、离心、洗涤、干燥得到锌铝水滑石前驱体，再通过焙烧得到锌铝氧化物；以获得的锌铝氧化物为载体，向载体滴加浸渍液，且通过检测获得的锌铝氧化物的吸水率，使得浸渍时载体与浸渍液体积相等，以更精确地控制碱性物质的用量，以保持金属和碱性物质之间的理想比例。有助于确保碱性物质在整个改性脱硫催化剂的均匀分布，并提高改性效果和改性脱硫催化剂的性能稳定性，还能有效避免碱性物质的浪费和不均匀分布。将浸渍后的载体干燥焙烧得到改性脱硫催化剂，能应用在吸附脱除羰基硫的反应中，表现出更优异的脱除性能。

33、本发明还提供一种改性脱硫催化剂，能有效提高脱硫效率，实现煤气精脱硫。

34、本发明还提供一种改性脱硫催化剂在脱硫中的应用，有效脱除硫化物，实现煤气精脱硫，达到源头减排目标，避免硫化物对管道或设备等造成腐蚀以及造成环境污染。

技术特征：

1.一种改性脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的改性脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶液a中，锌离子和铝离子的浓度之和为0.8mol/l-1mol/l。

3.根据权利要求1所述的改性脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，所述碱性物质包括naoh、koh、na2co3及k2co3的其中一种或多种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的改性脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，检测所述锌铝氧化物的吸水率具体包括以下步骤：

5.根据权利要求1-3任一项所述的改性脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，所述锌铝氧化物的吸水率×所述锌铝氧化物的预设质量＝所述浸渍液中水的质量，根据上述公式计算得到等体积浸渍所需水的体积后，按质量分数为5％-15％向所述水中加入预设质量的所述碱性物质得到所述浸渍液。

6.根据权利要求1-3任一项所述的改性脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，制得所述锌铝水滑石前驱体具体包括：

7.根据权利要求1-3任一项所述的改性脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，将所述锌铝水滑石前驱体置于炉中从室温升温到300℃-500℃，再在300℃-500℃的条件下焙烧3h-5h，最终得到所述锌铝氧化物。

8.根据权利要求1-3任一项所述的改性脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，在将等体积浸渍过后的所述载体干燥焙烧的步骤中，具体包括：

9.一种改性脱硫催化剂，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的改性脱硫催化剂的制备方法制得。

10.如权利要求9所述的改性脱硫催化剂在脱硫中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及催化剂的制备技术领域，公开一种改性脱硫催化剂及其制备方法和应用。制备方法包括：在室温下将锌盐和铝盐溶于水中制得溶液A；将碱和碳酸盐溶于水中制得溶液B；将溶液A滴加至溶液B中得到悬浮液，将悬浮液晶化并离心洗涤至晶化产物，然后干燥得到ZnAlLDHs前驱体；将ZnAl‑LDHs前驱体焙烧得到锌铝氧化物；检测锌铝氧化物的吸水率；将浸渍液滴加进载体中，超声均匀5min‑10min，常温浸渍1h‑3h；将等体积浸渍过后的载体干燥焙烧，得到改性脱硫催化剂。改性脱硫催化剂在脱硫中的应用包括：将改性脱硫催化剂压片处理；称取预设质量的改性脱硫催化剂置于石英管中；将石英管置于反应设备中，通入COS和N<subgt;2</subgt;混合气。改性脱硫催化剂能实现煤气精脱硫。

技术研发人员：吴晓琴,杨佳,郭立,陈佳玲,吴旅游,陈悦
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15