一种负载金属氧化物的活性炭脱硫剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种负载金属氧化物的活性炭脱硫剂及其制备方法和应用，所述脱硫剂的制备方法为：将兰炭浸入HNO3水溶液中进行酸洗处理，处理时间5‑10min后，再将酸洗后的兰炭用饱和NaHCO3水溶液洗涤至中性，随后将兰炭干燥，即得预处理后的兰炭载体；将铁前驱体与铜前驱体溶解于去离子水中，超声均匀后，加入预处理后的兰炭载体，充分搅拌0.5‑1.5h后静置8‑24h进行浸渍，将浸渍后的固体干燥，最后于空气气氛下于250‑450℃温度下焙烧，焙烧时间为2‑6h，焙烧结束后自然降温至室温，即得负载金属氧化物的活性炭脱硫剂产品。本发明方法制备的脱硫剂大大提升了兰炭原材料的硫容以及使用次数，且制备方法简单、脱除率高以及再生方法简单，对设备要求低，适用于工业化大规模生产。

说明书

技术领域

本发明属于焦炉煤气的脱硫技术领域，具体涉及一种负载金属氧化物的活性炭脱硫剂及其制备方法和应用。

背景技术

煤炭资源洁净转化与高效利用技术是我国经济、社会可持续发展和环境友好的重要能源利用技术，其中焦炉煤气制备工艺作为煤转化效率最高的洁净煤技术之一。焦炉煤气主要由氢气(55％～60％)、甲烷(23％～27％)、一氧化碳 (5％～8％)以及二氧化碳(1.5％～3％)组成以及含有各种硫化物，硫化物的存在会腐蚀设备和管道，导致后续变换、重整、合成工艺中的催化剂中毒，如果含有硫化物的尾气不经处理排放到空气中，还会造成环境的污染经紫外线照射变成二氧化硫，进而形成酸雨，污染土壤和水源等，对人的身体健康造成威胁等。焦炉煤气中主要存在的硫化物有羰基硫(COS)和H

中国专利CN101690893A公开了一种低温羰基硫(COS)水解催化剂及其制备方法，所述催化剂是以类水滑石为前驱物，适量的镍/镁,钻/镍,钻/铜和铜/ 镁中任意一种组合的金属硝酸盐溶解于蒸馏水中，再加入氢氧化钠和碳酸钠混合溶液制备而成，但是该低温羰基硫(COS)水解催化剂在使用几个小时之后就失活了，脱除效果并不理想。

中国专利CN105214676A，公开了一种纳米-氧化石墨烯催化剂及其制备方法，利用水热过程在氧化石墨烯表面上负载纳米镍、钥催化剂颗粒，颗粒尺寸小分散均匀，稳定性好。但低温加氢脱硫性能差，在230℃时脱硫率仅为 23.7％。

中国专利CN101690866A，介绍了基于Mo-Ni-P-O/γ-Al

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种可在非高温条件下脱除羰基硫的脱硫剂的制备方法，该脱硫剂具有呈颗粒状、比表面积高、选择性好等优点，并且该脱硫剂可再生，且再生方式简单、成本低、易操作，并且适用于工业化使用。

所述的一种负载金属氧化物的活性炭脱硫剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将兰炭浸入HNO

2)将铁前驱体与铜前驱体溶解于去离子水中，超声均匀后，加入步骤1) 所得预处理后的兰炭载体，充分搅拌0.5-1.5h后静置8-24h进行浸渍，将浸渍后的固体干燥，最后于空气气氛下于250-450℃温度下焙烧，焙烧时间为2-6h，焙烧结束后自然降温至室温，即得负载金属氧化物的活性炭脱硫剂产品。

所述的一种负载金属氧化物的活性炭脱硫剂的制备方法，其特征在于步骤 1)中，HNO

所述的一种负载金属氧化物的活性炭脱硫剂的制备方法，其特征在于步骤 2)中，所述铁前驱体为九水合硝酸铁或氯化铁，优选为九水合硝酸铁；铜前驱体为三水合硝酸铜或氯化铜，优选为三水合硝酸铜；铁前驱体与铜前驱体的质量比为1:0.2～4，优选为1:0.2～0.3。

所述的一种负载金属氧化物的活性炭脱硫剂的制备方法，其特征在于步骤 2)中，铁前驱体和铜前驱体两者的总质量是兰炭载体质量的0.5％～5％，优选为2％。

所述的一种负载金属氧化物的活性炭脱硫剂的制备方法，其特征在于步骤 2)中，进行浸渍的静置时长为12-20h，优选12-16h。

所述的一种负载金属氧化物的活性炭脱硫剂的制备方法，其特征在于步骤 2)中，焙烧温度为300-400℃，焙烧时间为3-4h。

按照上述方法制备的负载金属氧化物的活性炭脱硫剂，其特征在于所述脱硫剂为活性炭负载的Fe-Cu双金属复合氧化物，活性炭选自兰炭。

所述的负载金属氧化物的活性炭脱硫剂在焦炉煤气脱硫处理中的应用。

所述的负载金属氧化物的活性炭脱硫剂在焦炉煤气脱硫处理中的应用，其特征在于将负载金属氧化物的活性炭脱硫剂装填入固定床反应器中，70～160℃温度、常压条件下向固定床反应器通入焦炉煤气，进行脱除焦炉煤气中的有机硫。

所述的负载金属氧化物的活性炭脱硫剂在焦炉煤气脱硫处理中的应用，其特征在于焦炉煤气中的有机硫出口浓度达到入口浓度的10％视为穿透，待脱硫剂被穿透之后，将其取出再生，再生过程为：向固定床反应器中通入高温N

本发明脱硫剂与现有技术相比具有以下优点：

本脱硫剂制备时所使用的原料为兰炭，该兰炭价格便宜、呈颗粒状、比表面积大，使用该兰炭制备而成的脱硫剂具有硫容高选择性好等优点，并且该脱硫剂可再生，且再生方式简单、成本低、易操作，并且适用于工业化使用，降低了焦炉煤气脱硫的成本，具有显著的降级效益和环保效益，符合国家循环经济的政策要求。

附图说明

图1为实施例27-32中6份再生后脱硫剂的脱硫性能图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1-8：不同前驱体负载量以及酸洗处理对活性炭脱硫剂的性能影响

实施例1的脱硫剂选用空白兰炭，空白兰炭的处理过程为“将兰炭用去离子水洗涤后，于120℃干燥6h”，干燥完成后，即制得空白兰炭。

实施例2的脱硫剂选用预处理后的兰炭，兰炭的预处理过程：将兰炭浸入在质量浓度为1％的HNO

实施例3-8脱硫剂的制备过程均如下：将Fe(NO

实施例3-8脱硫剂的制备过程中，Fe(NO

将上述实施例1-8的脱硫剂均应用于含硫气体的脱硫实验中，实验过程如下：将10g脱硫剂置于内径2cm的固定床石英管中，脱硫剂高度为6cm，装填的脱硫剂孔隙率在36％左右，反应温度为150℃，向固定床石英管中通入 COS标气进行脱硫处理，COS标气流量为150mL/min，实验测试中釆用的COS 标气(其中COS浓度为500mg/m

表1

通过表1的实验结果可以看出：相对于空白兰炭，酸洗预处理对兰炭的硫容有一定的提升效果。对比实施例3-8脱硫剂的脱硫效果，实施例5制得的脱硫剂的脱硫效果最好，即是在脱硫剂的制备过程中，Fe(NO

实施例9-14：不同质量比的Fe(NO

实施例9脱硫剂的制备过程均如下：将0.4g Cu(NO

实施例14脱硫剂的制备过程均如下：将0.4g Fe(NO

实施例10-13脱硫剂的制备过程均如下：将Fe(NO

实施例10-13脱硫剂的制备过程中，Fe(NO

将上述实施例9-14的脱硫剂均应用于含硫气体的脱硫实验中，实验操作步骤重复实施例1中，实施例9-14的脱硫剂对COS标气中的COS成分穿透吸附容量结果汇总于表2中。

表2

通过对比测试实施例9-14中6份脱硫剂的脱硫性能如下表2所示，发现当铁铜前驱体质量比为0.32g/0.08g时脱硫剂的脱硫性能最佳，故选取 Fe(NO

实施例15-21：不同焙烧温度时对活性炭脱硫剂性能的影响

实施例15-21脱硫剂的制备过程均如下：将0.32g Fe(NO

将上述实施例15-21的脱硫剂均应用于含硫气体的脱硫实验中，实验操作步骤重复实施例1中，实施例15-21的脱硫剂对COS标气中的COS成分穿透吸附容量结果汇总于表3中。

表3

通过对比测试实施例15-21中7份脱硫剂的脱硫性能如表3所示，发现当焙烧温度为350℃时，脱硫实验效果最好。这是因为在合适的焙烧温度下，铁离子转化为Fe

实施例22-26：不同焙烧活化时间对活性炭脱硫剂性能的影响

实施例22-26脱硫剂的制备过程均如下：将0.32g Fe(NO

将上述实施例22-26的脱硫剂均应用于含硫气体的脱硫实验中，实验操作步骤重复实施例1中，实施例22-26的脱硫剂对COS标气中的COS成分穿透吸附容量结果汇总于表4中。

表4

通过对比测试实施例22-26中5份脱硫剂的脱硫性能如表4所示，发现当焙烧活化时间为3h时脱硫性能最优，当焙烧活化时间小于3h时，会使其活化不完全不充分，铁、铜离子无法充分转化为对应的氧化态，而当焙烧活化时间大于3h时已经完全转化，过长的活化时间对于其脱硫效果并没有提升，故为了节省耗能，选取最优的3h活化时间。

实施例27-32：不同再生温度对活性炭脱硫剂再生效果的影响

实施例27-32脱硫剂的制备过程均如下：将0.32g Fe(NO

使用固定床依次进行测试实施例27-32中6份脱硫剂的脱硫性能，实验过程如下：将10g脱硫剂置于内径2cm的固定床石英管中，脱硫剂高度为6cm，装填的脱硫剂孔隙率在36％左右，反应温度为150℃，向固定床石英管中通入 COS标气进行脱硫处理，COS标气流量为150mL/min，实验测试中釆用的COS 标气(其中COS浓度为500mg/m

分别于200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃温度下再生后的脱硫剂再次按照同样的实验步骤测试其脱硫性能，脱硫剂对COS标气中COS成分的脱除率随时间的变化关系如图1所示。

通过对比测试实施例27-32中6份再生后脱硫剂的脱硫性能如图1所示，发现在200℃时再生效果差，但是随温度提升到350-450℃时再生效果变好，于是最优的再生温度选为350℃，并连续三次失活后在350℃下再生后其脱除率仍能达到初始效果的95％以上。

实施例33-37：不同质量比的Ni(NO

实施例33脱硫剂的制备过程均如下：将0.4g Ni(NO

实施例34-37脱硫剂的制备过程均如下：将Ni(NO

实施例34-37脱硫剂的制备过程中，Ni(NO

将上述实施例33-37的脱硫剂均应用于含硫气体的脱硫实验中，实验操作步骤重复实施例1中，实施例33-37的脱硫剂对COS标气中的COS成分穿透吸附容量结果汇总于表5中。

表5

通过实施例33发现在400℃焙烧得到的活性组分为氧化镍的脱硫剂对有机硫的脱除效果稍差于实施例9(活性组分为氧化铜的脱硫剂)与实施例14 (活性组分为氧化铁的脱硫剂)，由此可知在同样温度下焙烧得到的氧化镍与有机硫的结合能力弱于氧化铜以及氧化铁，故其硫容低于实施例9与实施例 14号脱硫剂，且通过对比负载不同质量比的镍/铜复合金属氧化物发现，当负载镍和铜的双金属氧化物时，复合之后两种金属之间的协同作用一般，故而对硫容的提升不明显，其效果也差于实施例13，故在该发明中使用铁铜复合金属氧化物作为脱硫剂的活性组分。

本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。