低温镍基Claus尾气加氢脱硫催化剂水中毒改性研究

摘要

近年来,能源、环境问题越来越受到重视,Claus尾气低温加氢脱硫技术因此也成为研究的热点。本课题在前期Ni基催化剂用于Claus尾气低温加氢脱硫研究的基础上,探讨了其水中毒的机理,并通过元素掺杂和载体改性改善催化剂的活性组分及其与载体间的相互作用。上述研究的主要成果如下:
　　1.水蒸气对Ni/γ-Al2O3催化剂的加氢脱硫活性具有很强的抑制作用,这种作用具有一定的可逆性。通过XRD物相分析和IR分析表明,H2O在催化剂表面有较强的吸附作用,并与载体形成AlO(OH),不仅阻碍了反应物在催化剂表面的吸附和扩散,而且引起催化剂表面吸附能降低,从而使催化剂活性降低。
　　2.在不含水蒸汽条件下,掺杂的Ni-Fe-Al和Ni-Cu-Al会降低催化剂的活性;但在含30％水蒸汽的条件下,掺杂的Ni-Fe-Al与Ni-Cu-Al的活性反而要比未掺杂的Ni/γ-Al2O3催化的活性高。特别是抗水性强的Ni-Fe-Al-4在240℃时催化SO2加氢转化率可达100％,而Ni-Cu-Al-4在240℃时催化SO2加氢转化率可达92.3％,掺杂Fe的催化剂活性高于掺杂Cu的催化剂活性。
　　3.在有无水蒸汽存在条件下,Co、Mo的掺杂都可提高催化剂对SO2的加氢活性,但Co的掺杂只有在Mo掺杂量较高时才能显著起作用。在无水蒸汽存在条件下,Co-Mo-5在190℃下催化SO2加氢反应可以使SO2的转化率可达100％;在含30％水蒸汽条件下,Co-Mo-4在220℃时催化SO2加氢转化率可达到100％,210℃时催化SO2加氢转化率可达96.8％。
　　4.用Mg对Ni/γ-Al2O3催化剂进行载体改性可有效提高催化剂的抗水性能,当Ni:Al:Mg为某一比值时,催化剂有水条件下S02完全转化为H2S的最低温度可达220℃。MgO可有效提高催化剂抗水性能;
　　5.经TiO2包覆改性的Ni基催化剂在190℃无水条件下,可以使SO2的转化率达到100％;在有水条件下,经TiO2包覆改性的Ni基催化剂在220℃时可以使S02转化率达到100％。研究表明,经TiOz包覆改性后的催化剂表面的A1203几乎不能与水蒸汽反应,且催化剂的孔分布主要以微孔为主。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 工业Claus尾气处理技术及其发展

1.1.1 Claus尾气焚烧工艺

1.1.2 Claus尾气加氢处理工艺

1.2 Claus尾气加氢脱硫催化剂研究进展

1.2.1 传统工业Claus尾气加氢脱硫催化剂

1.2.2 新型工业Claus尾气加氢脱硫催化剂

1.2.3 新型低温Claus尾气加氢脱硫催化剂

1.3 本课题的任务

第2章 Ni基催化剂水中毒研究

2.1 实验部分

2.1.1 催化剂的制备

2.1.2 催化剂预硫化

2.1.3 催化剂性能评价

2.1.4 催化剂结构表征

2.2 Ni/γ-Al_2O_3催化剂水中毒研究

2.2.1 水蒸汽对催化剂性能影响

2.2.2 Ni/γ-Al_2O_3催化剂水中毒机理、催化剂结构及其性能的关系

2.3 本章小结

第3章 Fe、Cu掺杂Ni/γ-Al_2O_3催化剂的制备及其性能

3.1 Fe(Cu)Ni/γ-Al_2O_3催化剂的制备、性能及其结构表征

3.1.1 催化剂的制备

3.1.2 催化剂性能评价

3.1.3 催化剂表征

3.2 水蒸汽对Fe(Cu)Ni/γ-Al_2O_3催化剂的性能的影响

3.2.1 干燥条件下Fe(cu)Ni/γ-Al_2O_3催化剂的性能

3.2.2 水蒸汽对Fe(Cu)Ni/γ-Al_2O_3催化剂的性能的影响

3.3 Fe(Cu)掺杂催化剂结构及其抗水性微观机制

3.4 本章小结

第4章 Co、Mo掺杂Ni/γ-Al_2O_3催化剂的制备及其性能

4.1 Co(Mo)Ni/γ-Al_2O_3催化剂的制备、性能及其结构表征

4.1.1 催化剂的制备

4.1.2 催化剂性能评价

4.1.3 催化剂表征

4.2 结水蒸汽对Co(Mo)Ni/γ-Al_2O_3催化剂的性能的影响

4.2.1 干燥条件下Co(Mo)Ni/γ-Al_2O_3催化剂的性能

4.2.2 水蒸汽对Co(Mo)Ni/γ-Al_2O_3催化剂的性能的影响

4.3 Co(Mo)掺杂催化剂结构及其抗水性微观机制

4.4 本章小结

第5章 Mg、Ti包覆γ-Al_2O_3载体的改性Ni催化剂

5.1 Ni/γ-Al_2O_3-Mg(Ti)催化剂的制备、性能及其结构表征

5.1.1 催化剂的制备

5.1.2 催化剂性能评价

5.1.3 催化剂表征

5.2 结水蒸汽对Mg、Ti改性Ni/γ-Al_2O_3催化剂的性能的影响

5.2.1 干燥条件下载体改性Ni/γ-Al_2O_3-Mg(Ti)催化剂的性能

5.2.2 水蒸汽对Ni/γ-Al_2O_3-Mg(Ti)载体改性后催化剂性能的影响

5.3 载体Mg(Ti)包覆改性催化剂结构及其抗水性微观机制

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢