[发明专利]负载酞菁钴磺酸盐和铜的活性炭脱硫吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载酞菁钴磺酸盐和铜的活性炭脱硫吸附剂及其制备方法。

背景技术

H₂S、羰基硫、硫醇、硫醚等含硫气体化合物广泛存在于天然气、油田伴生气、焦炉气、煤制气、炼厂气、石油裂解气、合成气、水煤气、半水煤气和Claus法尾气中。作为常见的有害、恶臭气体，大部分硫化物对人体和动物的毒害作用很大，且易燃、易爆，极易腐蚀金属生产设备，更是许多催化剂的毒物。排放到空气中，污染环境，给人们生产、生活带来诸多不利影响。为避免其危害，一般情况下，含硫原料气需要预先进行脱硫净化处理。

气体原料脱除含硫化合物杂质过程作为一个重要的化工生产环节，发展至今已有多种较为成熟的技术。总体上可分为干法脱硫和湿法脱硫技术两大类。常依据原料的含硫种类、含硫量、气体处理量以及脱硫需要达到的精度等因素选择相应脱硫技术。一般湿法脱硫用于含硫浓度较高，处理量较大的场合，而干法脱硫则用于硫化物的精细脱除。在众多的干法脱硫技术中，活性炭和浸渍活性炭具有一些其它干法脱硫剂不可比拟的优异特性。主要包括工作硫容高、操作温度较低、操作简便、适用范围广、能耗低、主要氧化产物是单质硫，对环境无二次污染等特点，倍受青睐。

未改性的活性炭用于脱硫，不但反应速率慢而且硫容较低。为了提高活性炭脱硫的性能，改性活性炭已经引起了越来越多的重视。它能克服原活性炭的某些缺点和限制，被认为是最有前景的脱硫剂之一。在活性炭中添加适当改性剂或引入活性组分后或者采用某种改性技术处理，可以显著增强其吸附和催化活性，将物理吸附、化学吸附和催化反应有机的结合在一起，使脱硫效率大大提高。活性炭的脱硫性能不仅取决于其表面物理结构特性，还与活性炭的表面化学性质有关。

活性炭的孔隙结构非常复杂，孔径从几个纳米的微孔到肉眼可见的大孔，孔径分布范围很宽，孔的形状又是各式各样的。活性炭的吸附能力主要与活性炭的孔结构有关，这决定了活性炭的吸附能力和催化能力。在气相吸附中，无论吸附分子大小，基本在微孔中进行吸附，吸附容量在很大程度上取决于微孔。中孔是微孔的交界处，又称之为过渡孔，是气体吸附质分子进入活性炭颗粒内部的通道。活性炭的元素组成主要是碳，其次是氧和氢。氧和氢的存在对活性炭的吸附性能及其它特性有较大的影响。氧和氢元素多以化学键与碳原子相结合，在活性炭表面上形成多种含氧官能团；酸性官能团、中性官能团和碱性官能团。由于活性炭的化学组成和表面的活性官能团的种类、数量对吸附和催化有重大影响，所以针对不同吸附质对活性炭进行相应的改性具有重大的意义。表面化学改性主要改变活性炭的表面酸、碱性，引入或除去某些表面官能团，使其具有某种特殊的吸附或催化性能。

目前，已有一些文献报导在活性炭上负载一些过渡金属如铜、铁、锰等盐类或氧化物，通过催化转化可以除去NH₃和H₂S的混合臭气。中国专利CN10205904A公开了含铜脱硫活性炭的制备方法，涉及脱除空气中含硫化合物领域，试图解决现有脱硫活性炭的脱硫效率低，生产成本高。该发明提供的吸附剂用高纯度的SO₂、H₂S、空气和水蒸汽的混合气模拟工业烟气脱硫，但脱硫率仅达96％。

中国专利CN101954284A公开了一种活性炭催化剂及其制备方法。提供的催化剂由活性炭载体和活性组分金属氧化物混合物组成，金属氧化物混合物为氧化铜、氧化铁、氧化铝、氧化镍、氧化锰、氧化钴及氧化锌的混合物。但该专利报导的硫的脱除率仍显偏低，甲基硫醇气体的去除率为97％，对硫化氢的去除率仅为98.4％，对二氧化硫的去除率也仅达95％。

中国专利CN1053636公开了活性炭精脱硫剂及制备。该脱硫剂由活性炭载体和载体上负载的1-3种选自Na、K、Mg、Ca、Ba、Ti、V、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb的金属化合物组成。该脱硫剂能同时脱除H₂S、COS、CS₂、硫醇、硫醚、噻吩等硫化物，H₂S的脱除精度<0.02ppm，有机硫脱除率>99％。该发明提供的实施例中，效果较好的脱硫剂负载的金属主要是Pb，但Pb作为一种重金属对人体健康及环境具有较强破坏作用。在脱硫剂生产、使用以及、废弃后都不可避免的对人体健康和环境产生不良影响。