[發明專利]一種鐵基復合型脫硫劑、其制備方法及在脫除氣體中硫化氫的應用

有效

• 申請號: 202011629726.3
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112717931B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 張永春;吉軻;陳紹云
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01D53/52;B01D53/86
• 代理公司: 大連格智知識產權代理有限公司 21238
• 代理人: 劉琦

本發明提供一種鐵基復合型脫硫劑、其制備方法及在脫除氣體中硫化氫的應用，鐵基復合型脫硫劑包括碳納米管以及負載在碳納米管上的水合氧化鐵，脫硫劑中水合氧化鐵的質量百分數為50－90％。本發明首次將強導電性材料碳納米管引入脫硫劑的改性，利用碳納米管與水合氧化鐵間的強相互作用，使水合氧化鐵的表面形成豐富的點位缺陷和表面羥基，有利于增大其分散性，提高脫硫活性及硫容。水合氧化鐵與碳納米管之間形成的Fe?O?C化學鍵，促進了在脫硫反應時的電子遷移率。脫硫劑制備條件溫和，生產成本低廉，非常適用于工業化大規模生產。此外，本發明的脫硫劑具有很好的低溫脫硫性能，因此本發明可用于高濃度CO₂氣體中微量硫化氫的脫除，具有普適性廣的特點。

技術領域

本發明屬于硫化氫脫除技術領域，具體涉及一種鐵基復合型脫硫劑、其制備方法及在脫除氣體中硫化氫的應用。

背景技術

硫化氫(H₂S)是一種腐蝕性的具有惡臭氣味的有毒氣體，存在于空氣、水、天然氣、原油、工業生產以及城市和農業污水中。硫化氫對人體健康有很大的危害，當空氣中存在幾個ppm的硫化氫時即可被人類的嗅覺分辨。接觸20-50ppm的硫化氫一個小時會對人的眼睛和呼吸系統產生傷害。長期暴露在250ppm的硫化氫環境中會引起肺水腫，也可能會導致死亡。一次吸入濃度為1000ppm的硫化氫時會致命。此外，原料氣中含有的H₂S也會導致許多工業問題(如催化劑中毒、腐蝕管道)和環境污染(如酸雨)。因此，去除H₂S是必要的，對環境保護和生態友好型工業制造具有重要意義。

國內外關于H₂S的脫除研究己經發展了很多年，最早可以追溯到19世紀。按照脫硫劑的形態可分為濕法脫硫和干法脫硫兩大類，在實際的工業生產中，考慮到脫硫精度、能耗、凈化成本等諸多因素，干法脫硫技術的應用較為廣泛。干法脫硫的基本原理是利用氣固相接觸反應，通過固態的脫硫劑將H₂S吸附或反應為固態的硫或硫化物。常見的脫硫劑有活性炭、氧化鐵、氧化鋅等單組分脫硫劑，復合金屬氧化物、負載型金屬氧化物以及負載型有機胺類等復合型脫硫劑。其中，鐵氧化物是最為經典的脫硫劑，相對于其他類型的脫硫劑，其比表面積大、硫容高，且制備簡單、價格低廉，然而，這類脫硫劑的脫硫精度不高，脫除H₂S過程中釋放大量反應熱。因此，開發低溫下硫容大、精度高、可再生、且成本低的脫硫劑十分重要。

例如，中國專利文獻CN1868572A公開了一種鐵系復合金屬氧化物催化劑，該脫硫劑采用共沉淀法制得，包含了不同質量分數的氧化鐵、氧化鋁、氧化鈦，氧化鋅，和氧化釩。另外，中國專利文獻CN103691300A公開了一種常溫鐵系脫硫劑的制備方法，該方法為：配制一定摩爾比的可溶性鈷鹽和鐵鹽的混合溶液，加入一定比例的尿素，用NaHCO₃溶液調節溶液pH為中性，在一定溫度、壓力的高壓釜中反應，制得含鈷的羥基氧化鐵顆粒，最后在含氧氣氣氛中焙燒，制得脫硫劑產品。

雖然上述技術中脫硫劑的脫硫性能有了很大提高，但仍存在很多問題，例如在低溫下使用時硫容仍舊較低，再生困難，或制備工藝復雜，生產成本高，難以實現工業化生產，尤其是在高濃度CO₂氣氛中中精脫硫時，由于存在競爭吸附問題，導致脫硫劑硫容大幅度降低，無法滿足工業上的脫硫需求。

發明內容

本發明解決的是現有技術中的鐵基脫硫劑在低溫時對含有大量CO₂的工業氣體的脫硫活性仍然較低的問題，進而提供一種鐵基復合型脫硫劑低溫脫除氣體中硫化氫方法，所使用的鐵基復合型脫硫劑制備工藝簡單、生產成本低廉、有優異的脫硫活性，并適于高濃度CO₂氣氛脫硫。

本發明的技術方案如下：

一種鐵基復合型脫硫劑，包括碳納米管以及負載在碳納米管上的水合氧化鐵，水合氧化鐵與碳納米管之間形成有利于脫硫的Fe-O-C化學鍵，所述鐵基復合型脫硫劑中水合氧化鐵的質量百分數為50－90％。