CN105080479A - 用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂及其制备方法 - Google Patents

用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂及其制备方法，包括载体和活性组分，其特征在于：所述载体为活性炭或分子筛；所述活性组分包括：可溶性铁盐、高锰酸钾；按质量百分比计，载体和各活性组分的配比为：活性炭或分子筛为85.0%～98.0%，可溶性铁盐为1.0%～10.0%，高锰酸钾为1.0%～5.0%。本发明所述的用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂及其制备方法，该净化剂在常温下，可通过化学吸附和物理吸附除去工业生产或实验过程中轻烃尾气中对人体有害的挥发性氯化物。其成分简单，容易获取，成本低廉，净化剂制备过程简单，原料易得，生产成本低，无环境污染。

Description

用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及除去尾气中挥发性氯化物的净化剂，属于大气污染净化领域，具体说是用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂及其制备方法。
背景技术
石油按碳原子数排列起来分成段，第一段就是天然气，即碳一、碳二；第二段是液化石油气，即碳三、碳四，这两段在常温常压下呈气态，是气态轻烃。在气态轻烃中包含两种重要的化工原料乙烯、丙烯气体，其聚合而成的聚乙烯、聚丙烯是我们日常生活中的塑料树脂。
气态轻烃是能源和化工的重要原料，天然气和液化石油气是洁净、环保、安全的能源，但天然气和液化石油气中含有对人体有害的含氯化合物如氯甲烷、氯乙烯等卤代烃，随着天然气和液化石油气被日益广泛的使用，使人们对其中的含氯化合物的净化更为关注。随着我国石化工业的发展，特别是聚烯烃工业的发展，原油开采不断加深，油品中杂质含量特别是氯化物呈逐年上升的趋势。另一方面国内炼油厂原油的变化、深加工技术的改进和加工能力的不断提高，导致氯化物存在于不同炼油产品中。高氯油品二次加工所得的产品，如乙烯、丙烯等原料气的工厂深加工过程、聚合过程和实验室分析过程中，原料尾气中的氯化物对周围人员安全产生威胁。净化处理尾气中的氯化物（挥发性氯化物）是保证安全生产的前提。
挥发性氯化物如氯甲烷、氯乙烯等是对人体毒性的物质，以氯乙烯为例，吸入2000ppm的氯乙烯便会迅速死亡，而暴露在200ppm的氯乙烯中30分钟亦可致命。超过在50ppm的氯乙烯可以使人昏迷。长期暴露于1.0ppm以上的氯乙烯环境中引起人体致癌。工厂厂房空气中氯乙烯最高允许浓度为5×10-7mg/m3。
目前，针对轻烃中脱除氯化物的专利主要集中在轻烃原料中氯化物致催化剂中毒或腐蚀生产设备方面，如中国专利CN101229516公开了一种用于脱除烃类中有机氯化物的催化剂及其制备方法。轻烃尾气中脱除氯化物的吸附剂应用在环境净化领域由于脱除气体组成复杂，脱除杂质种类多，脱除杂质精度高，国内还没有专利报道。
从专业角度讲，吸附剂或脱除剂主要针对催化剂和工业生产，脱除原料中的对催化剂有毒或腐蚀生产设备的杂质，而净化剂主要针对人体和环境领域。应用在环境领域，要求更高。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂及其制备方法，该净化剂在常温下，可通过化学吸附和物理吸附除去工业生产或实验过程中轻烃尾气中对人体有害的挥发性氯化物。其成分简单，容易获取，成本低廉，净化剂制备过程简单，原料易得，生产成本低，无环境污染。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂，包括载体和活性组分，其特征在于：
所述载体为活性炭或分子筛；
所述活性组分包括：可溶性铁盐、高锰酸钾；
按质量百分比计，载体和各活性组分的配比为：
活性炭或分子筛为85.0%～98.0%，
可溶性铁盐为1.0%～10.0%，
高锰酸钾为1.0%～5.0%。
在上述技术方案的基础上，所述可溶性铁盐可为硫酸盐、氯化盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种。
在上述技术方案的基础上，按质量百分比计，载体和各活性组分的配比为：
载体活性炭或分子筛为89%～95%，
可溶性铁盐为3.0%～7.0%、
高锰酸钾为2.0%～4.0%。
在上述技术方案的基础上，所述活性炭的指标为：堆密度0.45g/ml，硬度97，颗粒尺寸0.6～1.7mm，灰分2%；
所述分子筛的指标为：堆密度0.62～0.67g/ml，抗压强度大于30N，颗粒尺寸1.6～2.5mm，硅铝比2～3。
上述用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配比取可溶性铁盐、高锰酸钾，将两种可溶性金属盐配制成混合水溶液；
（2）按配比取活性炭或分子筛，将活性炭或分子筛作为载体浸渍在步骤（1）制备的混合水溶液中，在75～85℃条件下，机械搅拌24小时，使可溶性金属盐负载于活性炭或分子筛上，得到负载活性金属载体的溶液；
（3）将所述负载活性金属载体的溶液在100～110℃条件下，干燥直至溶液完全蒸发，得到负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒；
（4）将所述负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒，用浓度为68%～70%的硝酸和浓度为50%的双氧水按1:1混合后进行氧化处理，室温浸泡5小时；
（5）将氧化处理后的负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒过滤出来，用蒸馏水洗涤，直至负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒的PH值为5～7；
（6）在焙烧温度200～400℃条件下，使洗涤后的负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒焙烧4～6小时，得到成品净化剂。
在上述技术方案的基础上，在步骤（1）制备的混合水溶液中，以质量百分比计，含有可溶性铜盐为1.0%～20.0%，含有可溶性高锰酸钾为1.0%～10.0%，余量为水。
在上述技术方案的基础上，成品净化剂中，以质量百分比计，成品净化剂中含有可溶性铁盐为3.0%～7.0%，高锰酸钾为2.0%～4.0%；载体活性炭为89%～95%。
本发明所述的用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂及其制备方法，该净化剂在常温下，可通过化学吸附和物理吸附除去工业生产或实验过程中轻烃尾气中对人体有害的挥发性氯化物。其成分简单，容易获取，成本低廉，净化剂制备过程简单，原料易得，生产成本低，无环境污染。
附图说明
本发明有如下附图：
图1成品净化剂装入净化管示意图，
图2含有9.0ppm(体积分数)氯乙烯气体的轻烃尾气经净化剂吸收前后气相色谱监测系统对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂，包括载体和活性组分，其中：
所述载体为活性炭或分子筛；
所述活性组分包括：可溶性铁（Fe）盐、高锰酸钾（K/Mn,KMnO4）；
按质量百分比计，载体和各活性组分的配比为：
活性炭或分子筛为85.0%～98.0%，
可溶性铁盐为1.0%～10.0%，
高锰酸钾为1.0%～5.0%。
在上述技术方案的基础上，所述可溶性铁盐可为硫酸盐、氯化盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种。
在上述技术方案的基础上，按质量百分比计，载体和各活性组分的配比（优选含量范围）为：
载体活性炭或分子筛为89%～95%，
可溶性铁盐为3.0%～7.0%、
高锰酸钾为2.0%～4.0%。
在上述技术方案的基础上，所述活性炭的指标为：堆密度0.45g/ml，硬度97，颗粒尺寸0.6～1.7mm，灰分2%（wt，重量百分比）；
所述分子筛的指标为：堆密度0.62～0.67g/ml，抗压强度大于30N，颗粒尺寸1.6～2.5mm，硅铝比2～3。
本发明还给出了上述组分及配比的用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配比取可溶性铁盐、高锰酸钾，将两种可溶性金属盐配制成混合水溶液；
因为成分配比主要看活性组分最后负载在载体上的含量，所以配置混合水溶液时水的用量根据活性组分和载体量变化，具体可按现有技术实施；
（2）按配比取活性炭或分子筛，将活性炭或分子筛作为载体浸渍在步骤（1）制备的混合水溶液中，在75～85℃条件下，机械搅拌24小时，使可溶性金属盐负载于活性炭或分子筛上，得到负载活性金属载体的溶液；
（3）将所述负载活性金属载体的溶液在100～110℃条件下，干燥直至溶液完全蒸发，得到负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒；
（4）将所述负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒，用浓度为68%～70%的硝酸和浓度为50%的双氧水按1:1（体积比）混合后进行氧化处理，室温浸泡5小时；所述浓度为质量百分比；
（5）将氧化处理后的负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒过滤出来，用蒸馏水洗涤，直至负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒的PH值为5～7；
（6）在焙烧温度200～400℃条件下，使洗涤后的负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒焙烧4～6小时，得到成品净化剂。
在上述技术方案的基础上，在步骤（1）制备的混合水溶液中，以质量百分比计，含有可溶性铜盐为1.0%～20.0%，含有可溶性高锰酸钾为1.0%～10.0%，余量为水。
在上述技术方案的基础上，成品净化剂中，以质量百分比计，成品净化剂中含有可溶性铁盐为3.0%～7.0%，高锰酸钾为2.0%～4.0%；载体活性炭为89%～95%。此为优选值。
成品净化剂的使用方式如下：
净化剂装入净化管2（参见图1）内，净化管2的左端3和右端1连接到排放轻烃尾气的管路中，可广泛适用于工厂和实验室用轻烃尾气中含有ppm级（10的负6次方数量级）氯化物的净化，净化后氯化物含量小于0.5ppm(体积分数)，具有对氯化物的吸附选择性和吸附容量高，应用方便的优点，有着重要的推广价值。
以下为若干具体实施例。
实施例1
称取7.2g氯化铁含6个结晶水、4.3g高锰酸钾与100mL水配制成混合溶液，然后将50g活性炭颗粒浸入配制好的混合溶液中，于75℃下搅拌24小时。在100℃烘干，得到负载活性金属载体的颗粒。将负载活性金属载体的颗粒浸入68%-70%的硝酸和50%的双氧水1:1的混合溶液中，室温浸泡5小时。过滤出颗粒后用蒸馏水洗涤检测其PH值为5～7。干燥温度200℃条件下，焙烧6小时，得到成品净化剂。净化剂活性组分：氯化铁质量百分比为3.0%，高锰酸钾质量百分比为2.0%；载体质量百分比为95.0%。
实施例2
称取16.3g硫酸铁含7个结晶水、8.8g高锰酸钾与100mL水配制成混合溶液，然后将50g活性炭颗粒（或分子筛颗粒）浸入配制好的混合溶液中，于85℃下搅拌24小时。在100℃烘干，得到负载活性金属载体的颗粒。将负载活性金属载体的颗粒浸入68%-70%的硝酸和50%的双氧水1:1的混合溶液中，室温浸泡5小时。过滤出颗粒后用蒸馏水洗涤检测其PH值为5～7。干燥温度300℃条件下，焙烧5小时，得到成品净化剂。净化剂活性组分：硫酸铁质量百分比为7.0%，高锰酸钾质量百分比为4.0%；载体质量百分比为89.0%。
实施例3
称取9.2g硝酸铁含9个结晶水、6.5g高锰酸钾与100mL水配制成混合溶液，然后将50g活性炭颗粒浸入配制好的混合溶液中，于80℃下搅拌24小时。在100℃烘干，得到负载活性金属载体的颗粒。将负载活性金属载体的颗粒浸入68%-70%的硝酸和50%的双氧水1:1的混合溶液中，室温浸泡5小时。过滤出颗粒后用蒸馏水洗涤检测其PH值为5～7。干燥温度400℃条件下，焙烧4小时，得到成品净化剂。净化剂活性组分：硝酸铁质量百分比为4.0%，高锰酸钾质量百分比为3.0%；载体质量百分比为93.0%。
实施例4
称取13.4g醋酸铁含4个结晶水、6.0g高锰酸钾与100mL水配制成混合溶液，然后将50g活性炭颗粒（或分子筛颗粒）浸入配制好的混合溶液中，于80℃下搅拌24小时。在100℃烘干，得到负载活性金属载体的颗粒。将负载活性金属载体的颗粒浸入68%-70%的硝酸和50%的双氧水1:1的混合溶液中，室温浸泡5小时。过滤出颗粒后用蒸馏水洗涤检测其PH值为5～7。干燥温度300℃条件下，焙烧5小时，得到成品净化剂。净化剂活性组分：醋酸铁质量百分比为6.0%，高锰酸钾质量百分比为2.7%；载体质量百分比为91.3%。
实施例5
称取2.9g氯化铁含6个结晶水、2.5g高锰酸钾与100mL水配制成混合溶液，然后将50g活性炭颗粒（或分子筛颗粒）浸入配制好的混合溶液中，于75℃下搅拌24小时。在105℃烘干，得到负载活性金属载体的颗粒。将负载活性金属载体的颗粒浸入68%-70%的硝酸和50%的双氧水1:1的混合溶液中，室温浸泡5小时。过滤出颗粒后用蒸馏水洗涤检测其PH值为5～7。干燥温度200℃条件下，焙烧6小时，得到成品净化剂。净化剂活性组分：氯化铁质量百分比为1.0%，高锰酸钾质量百分比为1.0%；载体质量百分比为98.0%。
实施例6
称取22.0g硝酸铁含9个结晶水、10.7g高锰酸钾与100mL水配制成混合溶液，然后将50g活性炭颗粒浸入配制好的混合溶液中，于85℃下搅拌24小时。在110℃烘干，得到负载活性金属载体的颗粒。将负载活性金属载体的颗粒浸入68%-70%的硝酸和50%的双氧水1:1的混合溶液中，室温浸泡5小时。过滤出颗粒后用蒸馏水洗涤检测其PH值为5～7。干燥温度400℃条件下，焙烧4小时，得到成品净化剂。净化剂活性组分：硝酸铁质量百分比为10.0%，高锰酸钾质量百分比为5.0%；载体质量百分比为85.0%。
净化后效果
如图1，将净化剂（实施例1-6任意之一）装入内径为15mm，长100mm的净化管2中，净化管的左端3和右端1设有螺纹，将管路与左端3和右端1螺接，即可将轻烃尾气经管路通入净化管2中对其进行净化处理。所述轻烃尾气为：含有9.0ppm(体积分数)氯乙烯气体的轻烃尾气，该尾气以100mL/min通入装有净化剂的净化管2。净化后的尾气持续监测10小时。
10小时内尾气净化前后对比库仑法总氯分析仪监测图如图2所示，净化后尾气中的挥发性氯化物没有积分面积，其含量被净化吸收小于0.5ppm(体积分数)。由于使用同一浓度尾气所以六组实施例数据完全一致，故图2用一张谱图代表。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂，包括载体和活性组分，其特征在于：
所述载体为活性炭或分子筛；
所述活性组分包括：可溶性铁盐、高锰酸钾；
按质量百分比计，载体和各活性组分的配比为：
活性炭或分子筛为85.0%～98.0%，
可溶性铁盐为1.0%～10.0%，
高锰酸钾为1.0%～5.0%。
2.如权利要求1所述的用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂，其特征在于：所述可溶性铁盐可为硫酸盐、氯化盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种。
3.如权利要求1所述的用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂，其特征在于：按质量百分比计，载体和各活性组分的配比为：
载体活性炭或分子筛为89%～95%，
可溶性铁盐为3.0%～7.0%、
高锰酸钾为2.0%～4.0%。
4.如权利要求1所述的用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂，其特征在于：所述活性炭的指标为：堆密度0.45g/ml，硬度97，颗粒尺寸0.6～1.7mm，灰分2%；
所述分子筛的指标为：堆密度0.62～0.67g/ml，抗压强度大于30N，颗粒尺寸1.6～2.5mm，硅铝比2～3。
5.权利要求1～4任意之一所述用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按配比取可溶性铁盐、高锰酸钾，将两种可溶性金属盐配制成混合水溶液；
（2）按配比取活性炭或分子筛，将活性炭或分子筛作为载体浸渍在步骤（1）制备的混合水溶液中，在75～85℃条件下，机械搅拌24小时，使可溶性金属盐负载于活性炭或分子筛上，得到负载活性金属载体的溶液；
（3）将所述负载活性金属载体的溶液在100～110℃条件下，干燥直至溶液完全蒸发，得到负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒；
（4）将所述负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒，用浓度为68%～70%的硝酸和浓度为50%的双氧水按1:1混合后进行氧化处理，室温浸泡5小时；
（5）将氧化处理后的负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒过滤出来，用蒸馏水洗涤，直至负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒的PH值为5～7；
（6）在焙烧温度200～400℃条件下，使洗涤后的负载活性金属载体的活性炭颗粒或负载活性金属载体的分子筛颗粒焙烧4～6小时，得到成品净化剂。
6.如权利要求5所述的用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂的制备方法，其特征在于：在步骤（1）制备的混合水溶液中，以质量百分比计，含有可溶性铜盐为1.0%～20.0%，含有可溶性高锰酸钾为1.0%～10.0%，余量为水。
7.如权利要求5所述的用于吸附轻烃尾气中挥发性氯化物的净化剂的制备方法，其特征在于：成品净化剂中，以质量百分比计，成品净化剂中含有可溶性铁盐为3.0%～7.0%，高锰酸钾为2.0%～4.0%；载体活性炭为89%～95%。
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