CN104645936B - 一种联合脱硫脱汞剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种联合脱硫脱汞剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将基质材料和促使C1‑C3烃类气体在贫氧环境下进行热解反应的催化剂床层放入到加热炉中；（2）向加热炉中通入反应气体，使反应气体先流过催化剂床层再流过基质材料，反应气体的组分包括C1‑C3烃类气体、氧气、氮气，其中C1‑C3烃类组分的含量大于或等于10%、氧气组分含量为0.1~1.0%，其余气体为氮气；（3）控制加热炉中的反应温度为150~550℃，C1‑C3烃类气体在催化剂的作用下进行热解反应，反应产生的细微碳粒随气流逐渐负载在基质材料表面上形成活性炭膜。本发明制备的联合脱硫脱汞剂能先后用于两种气体有害组分的净化，大大提升了吸附材料的利用效率。

Description

一种联合脱硫脱汞剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种联合脱硫脱汞剂的制备方法，该方法制备的联合脱硫脱汞剂在技能脱除硫化氢又能脱除汞，属于污染物脱除技术领域。
背景技术
在天然气、热解气、煤气、沼气等燃气/原料气净化领域中，需要对其中的硫化氢组分进行脱硫净化，以避免硫化氢对原料气的下游反应产生不利影响，或燃气在燃烧设备中造成腐蚀问题。而在锅炉烟气净化领域中，由于煤炭燃烧释放出不同形态的汞（元素汞、颗粒汞和二价汞），造成汞排放污染，需要进行烟气脱汞净化。
现有技术中，对于燃气/原料气的脱硫技术与烟气脱汞技术都是分别采取独立的净化技术，例如典型的燃气/原料气脱硫技术有干式脱硫（以吸附为主）以及湿式脱硫（以吸收及氧化为主）等技术，烟气脱汞技术主要包括活性炭粉末吸附及烟气水洗技术。现有技术的脱硫技术与脱汞技术之间分别采用不同的脱除剂，脱硫技术与脱汞技术并不存在关联性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联合脱硫脱汞剂的制备方法，制得的联合脱硫脱汞剂在技能脱除硫化氢又能脱除汞，能大大提升了脱除剂的利用效率。
本发明采用如下技术方案：一种联合脱硫脱汞剂的制备方法，其包括以下步骤：（1）将基质材料和促使C1-C3烃类气体在贫氧环境下进行热解反应的催化剂床层放入到加热炉中；（2）向加热炉中通入反应气体，使反应气体先流过催化剂床层再流过基质材料，反应气体的组分包括C1-C3烃类气体、氧气、氮气，其中C1-C3烃类组分的含量大于或等于10%、氧气组分含量为0.1~1.0%，其余气体为氮气；（3）控制加热炉中的反应温度为150~550℃，C1-C3烃类气体在催化剂的作用下进行热解反应，反应产生的细微碳粒随气流逐渐负载在基质材料表面上形成活性炭膜。
所述联合脱硫脱汞剂的制备方法中，反应气体的空速为200 h-1 ~2000 h-1。
所述联合脱硫脱汞剂的制备方法中，负载时间为20~200h。
所述催化剂为贵金属氧化物、钼氧化物、铜氧化物、镍氧化物催化剂中的一种或两种及两种以上。
所述基质材料为管式或平板式金属丝网。
所述基质材料为金属丝或金属带或金属棒。
所述基质材料为散堆式填料，所述散堆式填料为颗粒活性炭或颗粒活性氧化铝或颗粒氧化硅或颗粒粘土。
本发明的有益效果是：本发明通过在贫氧环境下对C1-C3烃类进行气相催化热解反应，在基质材料上负载高比表面积的活性炭膜，形成联合脱硫脱汞剂，由于活性炭膜可负载在不同形状和材料的基质上，便于形成不同结构类型的工程用吸附材料。联合脱硫脱汞剂上的活性炭膜具有较高的硫化氢吸附能力，可以用于脱除净化燃气/原料气中硫化氢，当联合脱硫脱汞剂吸附硫化氢饱和后，利用活性炭材料能够吸附烟气中不同形态汞的性能，以及硫化氢可与气相单质汞反应生成硫化汞颗粒并由活性炭膜吸附的特性，将联合脱硫脱汞剂用于烟气脱汞。本发明不仅可以获得具有高吸附性能的联合脱硫脱汞剂，而且所制备的联合脱硫脱汞剂能先后用于两种气体有害组分的净化，大大提升了吸附材料的利用效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
本实施例的联合脱硫脱汞剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将基质材料和促使C1-C3烃类气体在贫氧环境下进行热解反应的催化剂床层放入到加热炉中，其中基质材料采用直径为8~10mm的颗粒活性氧化铝，其中催化剂采用氧化钼-氧化镍颗粒催化剂；（2）向加热炉中通入反应气体，使反应气体先流过催化剂床层再流过基质材料，反应气体的组分为甲烷、氧气、氮气，其中甲烷的含量为20%、氧气含量为0.8%；（3）控制加热炉中的反应温度为250℃，甲烷在催化剂的作用下进行热解反应，反应产生的细微碳粒随气流逐渐负载在基质材料表面上形成活性炭膜。
上述步骤中，反应气体的空速为200h-1，负载时间为80h。
本实施例制备得到的联合脱硫脱汞剂中活性炭膜的厚度为0.5mm，在煤气脱硫实验中，硫容为28%，在空速为1000h-1、温度35℃的条件下，可将含量为1g/m3的硫化氢脱除至10mg/m3。饱和后用于烟气脱汞净化中，在空速600h-1，温度120℃下，对单质汞的脱除率达到92%。
实施例2：
本实施例的联合脱硫脱汞剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将基质材料和促使C1-C3烃类气体在贫氧环境下进行热解反应的催化剂床层放入到加热炉中，其中基质材料采用直径为5~6mm、长度为10~12mm的颗粒活性炭，其中催化剂采用氧化钼-氧化镍颗粒催化剂；（2）向加热炉中通入反应气体，使反应气体先流过催化剂床层再流过基质材料，反应气体的组分为甲烷、氧气、氮气，其中甲烷的含量为40%、氧气含量为1.0%；（3）控制加热炉中的反应温度为250℃，甲烷在催化剂的作用下进行热解反应，反应产生的细微碳粒随气流逐渐负载在基质材料表面上形成活性炭膜。
上述步骤中，反应气体的空速为200 h-1，负载时间为100h。
本实施例制备得到的联合脱硫脱汞剂中活性炭膜的厚度为0.8mm，在沼气脱硫实验中，硫容为33%，在空速为1000h-1，温度30℃的条件下，可将含量为8000mg/m3的硫化氢脱除至6mg/m3。饱和后用于烟气脱汞净化中，在空速600h-1，温度140℃下，对单质汞的脱除率达到95%。
实施例3：
本实施例的联合脱硫脱汞剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将基质材料和促使C1-C3烃类气体在贫氧环境下进行热解反应的催化剂床层放入到加热炉中，其中基质材料采用长1000mm、直径为10mm的100目孔密度不锈钢丝网滤筒，其中催化剂采用氧化钼-氧化镍颗粒催化剂；（2）向加热炉中通入反应气体，使反应气体先流过催化剂床层再流过基质材料，反应气体的组分为甲烷、氧气、氮气，其中甲烷的含量为10%、氧气含量为0.8%；（3）控制加热炉中的反应温度为250℃，甲烷在催化剂的作用下进行热解反应，反应产生的细微碳粒随气流逐渐负载在基质材料表面上形成活性炭膜。
上述步骤中，反应气体的空速为200 h-1，负载时间为50h。
本实施例制备得到的联合脱硫脱汞剂中活性炭膜的厚度为0.6mm，在沼气脱硫实验中，硫容为31%，在装填密度为6000根基质材料/m3时，在空速为1000h-1、温度30℃的条件下，可将含量为5500mg/m3的硫化氢脱除至5mg/m3。饱和后用于烟气脱汞净化中，在空速600h-1，温度200℃下，对单质汞的脱除率达到96%。
实施例4：
本实施例的联合脱硫脱汞剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将基质材料和促使C1-C3烃类气体在贫氧环境下进行热解反应的催化剂床层放入到加热炉中，其中基质材料采用直径为8~10mm的颗粒活性氧化铝，催化剂采用氧化钼颗粒催化剂；（2）向加热炉中通入反应气体，使反应气体先流过催化剂床层再流过基质材料，反应气体的组分为甲烷、氧气、氮气，其中甲烷的含量为10%、氧气组分含量为0.1%；（3）控制加热炉中的反应温度为150℃，甲烷在催化剂的作用下进行热解反应，反应产生的细微碳粒随气流逐渐负载在基质材料表面上形成活性炭膜。
上述步骤中，反应气体的空速为200 h-1，负载时间为20h。
本实施例制备得到的联合脱硫脱汞剂中活性炭膜的厚度为0.2mm，在煤气脱硫实验中，硫容为26%，在空速为600h-1、温度35℃的条件下，可将含量为0.5g/m3的硫化氢脱除至15mg/m3。饱和后用于烟气脱汞净化中，在空速400h-1，温度120℃下，对单质汞的脱除率达到86%。
实施例5：
本实施例的联合脱硫脱汞剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将基质材料和促使C1-C3烃类气体在贫氧环境下进行热解反应的催化剂床层放入到加热炉中，其中基质采用直径8～10mm的颗粒活性氧化铝，催化剂采用氧化钼颗粒催化剂；（2）向加热炉中通入反应气体，使反应气体先流过催化剂床层再流过基质材料，反应气体的组分为甲烷、氧气、氮气，其中甲烷的含量为20%、氧气组分含量为0.6%；（3）控制加热炉中的反应温度为350℃，甲烷在催化剂的作用下进行热解反应，反应产生的细微碳粒随气流逐渐负载在基质材料表面上形成活性炭膜。
上述步骤中，反应气体的空速为1000h-1，负载时间为100h。
本实施例制备得到的联合脱硫脱汞剂中活性炭膜的厚度为0.6mm，在煤气脱硫实验中，硫容为32%，在空速为1000h-1、温度35℃的条件下，可将含量为1.0g/m3的硫化氢脱除至8mg/m3。饱和后用于烟气脱汞净化中，在空速600h-1，温度120℃下，对单质汞的脱除率达到93%。
实施例6：
本实施例的联合脱硫脱汞剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将基质材料和促使C1-C3烃类气体在贫氧环境下进行热解反应的催化剂床层放入到加热炉中，基质采用直径8～10mm的颗粒活性氧化铝，催化剂采用氧化钼颗粒催化剂；（2）向加热炉中通入反应气体，使反应气体先流过催化剂床层再流过基质材料，反应气体的组分为甲烷、氧气、氮气，其中甲烷的含量为30%、氧气组分含量为1.0%；（3）控制加热炉中的反应温度为550℃，甲烷在催化剂的作用下进行热解反应，反应产生的细微碳粒随气流逐渐负载在基质材料表面上形成活性炭膜。
上述步骤中，反应气体的空速为2000 h-1，负载时间为200h。本实施例制备得到的联合脱硫脱汞剂中活性炭膜的厚度为1.0mm，在煤气脱硫中，硫容为35%，在空速为1000h-1、温度35℃的条件下，可将1.2g/m3的硫化氢含量脱除至8mg/m3。饱和后用于烟气脱汞净化中，在空速600h-1，温度120℃下，对单质汞的脱除率达到96%。
本发明通过在贫氧环境下对甲烷进行气相催化热解反应，在基质材料上负载高比表面积的活性炭膜，形成联合脱硫脱汞剂，由于活性炭膜可负载在不同形状和材料的基质上，便于形成不同结构类型的工程用吸附材料。联合脱硫脱汞剂上的活性炭膜具有较高的硫化氢吸附能力，可以用于脱除净化燃气/原料气中硫化氢，当联合脱硫脱汞剂吸附硫化氢饱和后，利用活性炭材料能够吸附烟气中不同形态汞的性能，以及硫化氢可与气相单质汞反应生成硫化汞颗粒并由活性炭膜吸附的特性，将联合脱硫脱汞剂用于烟气脱汞。本发明不仅可以获得具有高吸附性能的联合脱硫脱汞剂，而且所制备的联合脱硫脱汞剂能先后用于两种气体有害组分的净化，大大提升了吸附材料的利用效率。
在本发明的其它实施例中，还可以将反应气体中的甲烷替换为C1-C3烃类气体中的任意一种或几种，例如乙烷、丙烷、乙烯等，反应气体中烃类气体的总含量应大于或等于10%。
在本发明的其它实施例中，反应气体中氧气的含量可以是0.1%~1.0%之间的任意值。
在本发明的其它实施例中，反应气体的空速可以是200 h-1 ~2000 h-1之间的任意值。
在本发明的其它实施例中，反应温度可以是150~550℃之间的任意温度。
在本发明的其它实施例中，负载时间可以是20~200h之间的任意值。
在本发明的其它实施例中，催化剂还可以采用贵金属氧化物、钼氧化物、铜氧化物、镍氧化物催化剂中的一种或两种及两种以上。
在本发明的其它实施例中，基质材料的尺寸大小可以根据实际需要选用，基质材料还可以采用平板式金属丝网，基质材料还可以采用金属丝或金属带或金属棒，基质材料还可以采用颗粒氧化硅或颗粒粘土等散堆式填料。

Claims (5)

1.一种联合脱硫脱汞剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）将基质材料和促使C1-C3烃类气体在贫氧环境下进行热解反应的催化剂床层放入到加热炉中；（2）向加热炉中通入反应气体，使反应气体先流过催化剂床层再流过基质材料，反应气体的组分包括C1-C3烃类气体、氧气、氮气，其中C1-C3烃类组分的含量大于或等于10%、氧气组分含量为0.1~1.0%，其余气体为氮气；（3）控制加热炉中的反应温度为150~550℃，C1-C3烃类气体在催化剂的作用下进行热解反应，反应产生的细微碳粒随气流逐渐负载在基质材料表面上形成活性炭膜，上述步骤中，反应气体的空速为200 h-1 ~2000 h-1，负载时间为20~200h。
2.根据权利要求1所述的联合脱硫脱汞剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂为贵金属氧化物、钼氧化物、铜氧化物、镍氧化物催化剂中的一种或两种及两种以上。
3.根据权利要求1或2所述的联合脱硫脱汞剂的制备方法，其特征在于：所述基质材料为管式或平板式金属丝网。
4.根据权利要求1或2所述的联合脱硫脱汞剂的制备方法，其特征在于：所述基质材料为金属丝或金属带或金属棒。
5.根据权利要求1或2所述的联合脱硫脱汞剂的制备方法，其特征在于：所述基质材料为散堆式填料，所述散堆式填料为颗粒活性炭或颗粒活性氧化铝或颗粒氧化硅或颗粒粘土。
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