中温羰基硫水解催化剂制备及水解与脱氧性能的研究

摘要

同石油资源相比较来说，我国具有更加丰富的煤炭资源，因此科学合理地利用煤炭资源显得尤为重要。而煤中具有大量含硫物质，在煤的使用中会产生大量的含硫气体。这些气体不但会造成环境污染，还会导致设备管道的腐蚀以及使后续工段中的催化剂中毒失活，因此将气体中的含硫组分脱除是十分必要的，脱硫过程中羰基硫水解转化是其重要途径之一。在中温条件下，传统的羰基硫水解催化剂更容易发生氧中毒使催化剂的活性下降。因此，研究出一种具有抗氧中毒能力的中温羰基硫水解催化剂显得尤为重要。由于羰基硫水解催化剂的氧中毒问题是反应体系内的少量氧引起的，为了能够解决氧所带来的问题，我们提出在催化剂内加入脱氧组分，使催化剂具有脱除体系内的氧气的能力，从而避免催化剂的氧中毒。钼系脱氧剂具备耐硫脱氧能力，且原料气中所含的氢气能够为钼系脱氧剂的脱氧提供了基础。 本课题采用干混法和等体积浸渍法制备出中温羰基硫水解催化剂，并利用固定床积分反应装置测试了制备的羰基硫水解催化剂的COS水解及脱氧活性，研究了不同钾钼含量的催化剂COS水解活性的变化规律、制备方法与催化剂的机械强度的关系、不同组成及反应条件催化剂脱氧的变化规律，及钾钼配比最佳催化剂的抗氧中毒能力。其主要结论如下： ①干混法和等体积浸渍法两种方法制备出的催化剂，其 COS 水解活性均与钾含量呈正相关，与钼含量呈负相关。催化剂的COS 水解能力均与温度呈正相关，且在低温下转化率低的催化剂 COS 水解活性受温度影响更大。而预硫化会导致催化剂的COS水解活性下降，钼含量越多的催化剂，预硫化之后COS水解活性下降的越明显。 ②虽然干混法制得的催化剂比等体积浸渍法制备的催化剂 COS水解活性高，但机械强度较差，不适合实际生产中应用，而等体积浸渍法制备的催化剂具备良好的机械强度，适合在实际生产中应用。 ③催化剂的脱氧能力随钾含量呈现先上升后减小的趋势，在钼含量5%的时候达到最大；脱氧能力随钾含量的增加而增加，钾含量增加至15%后脱氧活性开始下降。脱氧活性较高的催化剂对温度和反应气中的H2浓度很敏感，温度与H2浓度越高脱氧率越高。反应气中硫化氢的浓度对催化剂的脱氧效果影响不大，但是对于活性较好的催化剂在羰基硫中的脱氧效果略好于在硫化氢中的脱氧效果。 ④催化剂的最佳组成配比为钾质量分数为 15%，钼质量分数为5%，球型氧化铝质量分数为 80%，该催化剂具有最好的脱氧能力和良好的催化水解能力，在5000h-1空速、55%H2浓度及700mgS/m3的COS条件下，催化剂的脱氧率为95.66%，COS水解转化率为93.22%。该催化剂当硫化达到饱和后COS水解活性稳定，XRD谱图说明催化剂引入钼可以通过去除反应体系内氧气来达到抗氧中毒的目的。

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