[發明專利]低溫催化氧化二氧化硫的炭基脫硫催化劑及其制備與應用

有效

• 申請號: 201410289691.1
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104096585A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 劉勇軍;尹華強;程琰;李新;王維竹
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J21/18;B01J32/00;B01D53/50;B01D53/86;C01B17/50;C01B17/74
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

1.一種低溫催化氧化二氧化硫的炭基脫硫催化劑，其特征在于，為活性炭類材料表面被氮、硫雜原子同時修飾的，氮元素和硫元素的質量含量分別為炭基脫硫催化劑總質量0.1～10％和0.1～5％的脫硫催化劑，所述活性炭類材料為活性炭纖維、蜂窩狀活性炭、中空活性炭或顆粒狀活性炭。

2.根據權利要求1所述的低溫催化氧化二氧化硫的炭基脫硫催化劑，其特征在于，修飾活性炭類材料表面的氮、硫雜原子以含氮官能團和含硫官能團存在，氮元素和硫元素的質量含量分別為炭基脫硫催化劑總質量0.1～5％和0.1～3％的催化劑。

3.制備權利要求1或2所述的低溫催化氧化二氧化硫的炭基脫硫催化劑方法，其特征在于，主要包括以下工藝步驟：

(1)材料表面氧化預處理：將商業可得的活性炭類材料浸泡在強氧化劑溶液中，活性炭類材料表面充分氧化后從強氧化劑溶液中取出，用去離子水沖洗直至洗滌液pH為6.5～7.5，然后進行干燥處理；或

將商業可得的活性炭類材料置入煅燒爐中，通入氧體積濃度3～100％的氣體，在200～600℃溫度下煅燒反應0～2小時，冷卻室溫后取出。

(2)雜原子前驅物的浸漬：在0～60℃下，將含有硫和氮原子的前驅物溶解在溶劑中，配置成0.1～3mol/L的溶液，并與經過步驟(1)處理的活性炭類材料進行均勻混合，然后在20～100℃溫度下將溶劑蒸發，并在105～150℃進行干燥處理；

(3)高溫煅燒：將步驟(2)得到的負載了前驅物的活性炭類材料置入煅燒爐中，在惰性氣體保護下按照1～20℃/min的升溫速率從室溫升溫至400～1000℃，在該溫度下煅燒反應0.5～12h，使前驅物分解并與活性炭類材料表面進行反應，冷卻后即制備得到活性炭類材料表面同時具有含氮官能團和含硫官能團的炭基脫硫催化劑。

4.按照權利要求3所述的低溫催化氧化二氧化硫的炭基脫硫催化劑的制備方法，其特征在于，所述強氧化劑選自硝酸、磷酸，或者是硫酸與高錳酸鉀的混合溶液。

5.按照權利要求3所述的低溫催化氧化二氧化硫的炭基脫硫催化劑的制備方法，其特征在于，含有硫和氮原子的前驅物質量用量與活性炭類材料的質量用量比為1：0.1～10。

6.按照權利要求5所述的低溫催化氧化二氧化硫的炭基脫硫催化劑的制備方法，其特征在于，所述含有硫和氮原子的前驅物選自硫脲、硫氰化銨、硫磺、尿素、三聚氰胺和二氰二胺。

7.權利要求1或2所述的炭基脫硫催化劑在脫除工業廢氣中二氧化硫制取硫酸中的應用,其特征在于，主要包括以下工藝步驟:

(1)調質：將含有二氧化硫的工業廢氣送入調質設備，將廢氣中粉塵濃度降低至≤50mg/m³，將廢氣溫度調節至50-150℃，同時，調節廢氣中氧氣和水蒸汽含量，使氧氣的體積含量≥3％，水蒸氣體積含量≥5％；

(2)脫硫制酸：將經調質處理后的含SO₂、O₂和水蒸汽的工業廢氣送入脫硫設備，使其通過以炭基脫硫催化劑構成的床層，廢氣中二氧化硫、氧氣在催化劑的催化氧化作用下生成三氧化硫，三氧化硫再與廢氣中的水蒸汽反應生成硫酸，脫硫后的凈化氣排入大氣，脫硫產物硫酸自動從催化劑床層流出。

8.按照權利要求7所述的炭基脫硫催化劑在脫除工業廢氣中二氧化硫制取硫酸中的應用,其特征在于，構成床層的炭基脫硫催化劑為活性炭纖維基脫硫催化劑，在催化脫硫過程中催化劑活性位自動再生，可實現連續脫硫并制取硫酸。

9.按照權利要求7所述的炭基脫硫催化劑在脫除工業廢氣中二氧化硫制取硫酸中的應用,其特征在于，在調質工段中，將工業廢氣調整為二氧化硫體積含量為0.01-0.8％、氧氣體積含量為3-15％、水蒸氣體積含量為3-20％。

10.按照權利要求7所述的炭基脫硫催化劑在脫除工業廢氣中二氧化硫制取硫酸中的應用,其特征在于，在脫硫制酸工段中，將床層溫度控制為60-150℃，空速控制為300-5000h^-1。