專利名稱：一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法和應用，屬于大氣污染凈化技術領域。
背景技術：
CS2是一種有毒的有機化合物，不僅在天然氣、焦爐氣、煤制氣、水煤氣、煉廠氣和克勞斯尾氣中廣泛存在，在黃磷尾氣中也存在少量的CS2，不同種類的氣源導致CS2的含量有所不同。微量的CS2S在于工業原料氣中會使化工生產中各種催化劑中毒失活，嚴重影響其催化效果和使用壽命，同時由于CS2會緩慢水解生成H2S,腐蝕生產設備，增加了設備投資和產品成本。與H2S相比，CS2的化學性質比較穩定，很難用常規的方法將其直接脫除。目前比較常用的是催化水解法，其脫除CS2的原理是CS2在催化劑上與氣體中水蒸氣反應轉化成H2S,然后H2S在后續工段脫硫劑上被脫除。催化水解CS2的反應溫度一般低于300°C，能耗相對較低，副反應少，且水解過程所需的水蒸氣是大部分原料氣中所有的，水解催化劑價格便宜，在經濟上占優勢。而低溫催化水解(低于IO(TC)CS2的過程由于不受氣源的限制， 且可以避免高溫所帶來的原料氣裂解、甲烷化等副反應的發生及能源消耗，成為目前研究領域中的熱點。目前，國內外有關CS2水解催化劑的改性方法的專利技術的報道還比較少。中國專利CN 101121123A公開了一種以氧化鋁基為載體，添加催化劑改性劑ZrO2 和La2O3得到了一種中溫CS2水解催化劑。但該催化劑在使用過程中反應溫度過高，一般在 200-4000C，易發生硫酸鹽化中毒，能耗大，且對水解中間產物COS和水解最終產物H2S吸附不完全，在尾氣中能檢測到COS和!!#。中國專利CN 1066005A公開了一種從廢氣中除去 H2S和/或CS2的方法，將這些廢氣與水和溴接觸，以使得在水溶液中生成硫酸(H2SO4)和氫溴酸(HBr )，有時還可能生成二氧化碳(CO2)。采用一個電解槽將這些HBr和H2SO4轉變成溴和水，還可以生產出可供出售的氫。但該工藝為濕法脫除技術，工藝較復雜，成本較高。
發明內容
本發明的目的在于克服現有二硫化碳水解催化劑的不足，提供一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法，該方法將活性炭基水解催化劑置于等離子體反應器內，在電壓為10 80V、電流為O. 2 I. OA的空氣氣氛條件下處理10 60min，即得低溫等離子體改性水解催化劑；水解催化劑經過等離子體改性后，其低溫催化水解活性有了明顯提高。本發明中所述等離子體反應器為同軸式介質阻擋反應器。本發明另一目的是將低溫等離子體改性水解催化劑應用于脫除尾氣中的二硫化碳。本發明中所述應用，是將含有二硫化碳的尾氣通過裝有低溫等離子體改性水解催化劑的反應器，在常壓，40 60°C，空速為5000 lOOOOtT1，相對濕度為5% 70%的條件下催化水解二硫化碳，脫除二硫化碳，反應中二硫化碳轉化為硫化氫，再將硫化氫氧化為硫酸鹽沉積在催化劑上。
本發明中所述在同軸式介質阻擋反應器是在外徑25mm、厚度2. 5mm的剛玉管中心插入一個直徑IOmm的不銹鋼電極，剛玉管外壁用不銹鋼網纏繞作為高壓電極，不銹鋼墻板作為低壓電極。上述步驟中的活性炭基水解催化劑是以活性炭(AC)為載體，采用溶膠-凝膠法負載活性金屬，例如采用中國專利CN 101559379A公開的一種水解催化劑的制備方法制備而成。本發明方法中CS2的催化水解反應的原理如下
CS2+H2O ^ COS+H2S COS+ H2O 3 CO2+H2S CS2 + 2H,p ^CO3 + 2H2S
利用工業廢氣中本身含有的H2O,在改性后的水解催化劑作用下使CS2與H2O在40 60°C溫度下反應，轉化生成容易被脫除的H2S, H2S被氧化成無機硫酸鹽沉積在催化劑表面。和現有技術相比，本發明有如下優點工藝流程簡單，整個改性裝置運行費用相對低廉，改性后的水解催化劑CS2脫除效率高，在溫度為40 60°C，空速為5000 lOOOOh—1 的條件下，即可將氣體中的CS2脫除，且可用于同時脫除CS2、水解中間產物COS和水解最終產物H2S,將H2S催化氧化成無機硫酸鹽；該催化劑的適用范圍較廣，可以處理CS2濃度為 100 2500mg/m3的氣體，脫硫精度高。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明保護范圍并不限于如下所述內容。測試本實施例所得改性催化劑的活性，催化劑的活性可以用CS2R化率來表示。實施例中采用中國專利CN101559379A中公開的水解催化劑的制備方法制得活性炭基水解催化劑，具體制備方法如下
A、稱取磨成40-60目的煤質活性炭5g，分別用自來水和蒸餾水洗3次，然后在Imol-Γ1 的KOH溶液煮沸I. 5h，再用蒸餾水洗至pH不再變化為止，過濾后放入120°C烘箱中干燥4 小時；
B、用1.2578g Fe (NO3) 3 · 9H20、0. 1511g Cu (NO3) 2· 3H20 和 O. 56Ig 無水 Na2CO3 溶于 20ml 蒸餾水中制成膠體溶液。將A步驟的干燥活性炭放入其中，超聲波浸潰30min后于120°C烘箱中干燥3h，干燥后樣品在400°C焙燒3h ；
C、稱取O.1895g KOH溶于15ml蒸餾水中，將B步驟所得活性炭放入，超聲波浸潰30min 后于120°C烘箱中干燥3h，得活性炭基催化劑(Fe-Cu-K/AC)。實施例I :本低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法及應用方法，具體內容如下
將通過現有技術制備的活性炭基催化劑Fe-Cu-K/AC置于同軸式介質阻擋反應器內， 在輸入電壓為30V、電流為O. 5A的空氣氣氛條件下處理20min，得到低溫等離子體改性水解催化劑；
將低溫等離子體改性水解催化劑置于04mmX100mm的固定床石英反應器中，在反應器內裝填45mm高的催化劑，將CS2濃度為170 mg/m3的氣體(平衡氣為N2)以60mL/min的速率通入反應器內，水蒸氣由水飽和器夾帶進入反應器中，在相對濕度為70%，500C (通過循環水浴鍋控制反應器溫度)，氣體空速為7000 h—1，壓力為常壓條件下催化水解CS2，反應器出口未檢測到COS和H2S, CS2催化水解轉化效率見表1，并與未經過低溫等離子體處理的催化劑的CS2水解轉化效率結果比較，其結果見表2。表I :等離子體改性催化劑的CS2催化水解轉化效率結果
權利要求
1.一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法，其特征在于將活性炭基水解催化劑置于等離子體反應器內，在電壓為10 80V、電流為O. 2 I. OA的空氣氣氛條件下處理 10 60min，即得低溫等離子體改性水解催化劑。
2.根據權利要求I所述的低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法，其特征在于等離子體反應器為同軸式介質阻擋反應器。
3.權利要求I或2所述的低溫等離子體改性水解催化劑制備方法制得的低溫等離子體改性水解催化劑應用于脫除尾氣中的二硫化碳。
4.根據權利要求3所述的低溫等離子體改性水解催化劑的應用，其特征在于將含有二硫化碳的尾氣通過裝有低溫等離子體改性水解催化劑的反應器，在常壓，40 60°C，空速為5000 IOOOOtr1，相對濕度為5 70%的條件下催化水解二硫化碳，脫除二硫化碳。
全文摘要
本發明公開了一種低溫等離子體改性水解催化劑的制備方法，該方法是將活性炭基水解催化劑置于等離子體反應器中在一定條件下進行改性處理后，將含有二硫化碳的氣體通過裝有等離子體改性過的催化劑的反應器進行催化水解反應，在低溫條件下將二硫化碳轉化為硫化氫，再將硫化氫氧化為硫酸鹽沉積在催化劑上，而且改性后的催化劑水解催化能力明顯提高。本發明中二硫化碳水解催化劑的改性方法簡單，可操作性強，改性后的水解催化劑效果好，可以適用于工業廢氣中低濃度二硫化碳的脫除。
文檔編號B01J37/34GK102600848SQ20121003713
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者何丹, 何國利, 唐曉龍, 孫鑫, 宋敬浩, 彭瀟, 易紅宏, 李凱 申請人:昆明理工大學