[发明专利]催化活性碳结构体及使用和制造方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2013年9月13日提交的题为“CatalyticActivatedCarbon HoneycombsandMethodsofRemovingSulfur-ContainingCompoundsfromFluid Stream”的美国临时专利申请系列号61/877,535的优先权，其公开内容经此引用全文并入 本文。

发明领域

本公开通常涉及催化活性碳结构体以及使用此类催化活性碳结构体从流体料流 中除去含硫化合物的方法。

发明背景

恶臭的含硫化合物在许多环境中出现，如石油仓储区、污水处理设备、废水处理厂 和工业设备，如石化炼油基地、纸浆和纸张生产基地。在这些环境中，恶臭的硫化氢(H₂S)气 体是存在令人讨厌的气味的主要原因，以及其它含硫恶臭化合物如烷基硫化物、二甲硫醚、 二甲基二硫化物和甲硫醇。

活性碳已知从气相和水相中除去硫化氢。但是，反应速率和在活性碳上的硫化氢 载量限制了经济可行性。例如，具有含硫化合物的流体流通常通过颗粒状或纤维状活性碳 吸附剂床以除去含硫化合物。当颗粒状或纤维状活性碳用作吸附剂时，该吸附剂床具有高 流动阻力，并因此显著消耗大量的运行能量。此外，该恶臭含硫化合物通常以难以有效除去 所有这些恶臭含硫化合物的极低浓度存在于气流中。H₂S去除的低劣的动力学速率和活性 碳的低H₂S吸附容量限制了活性碳用于去除气流中的H₂S的经济可行性。典型的煤基活性碳 具有仅0.01至0.02g/cc的H₂S吸附容量，并且H₂S去除的效率常常低下。因此，需要大量活性 碳来去除恶臭含硫化合物。

已经努力改善活性碳的H₂S吸附容量。例如，某些制剂已经实现了大约0.09至 0.11g/cc的H₂S吸附容量。但是，在该水平下的H₂S吸附容量改善仍然限制活性碳用于去除含 有少量H₂S如小于大约0.1ppm的流体流中的H₂S的经济可行性。在另一实例中，已经用氢氧化 钠(NaOH)和水分浸渍颗粒化活性碳。该活性碳的孔隙结构在一定程度上填充有苛性NaOH， 由此降低了浸渍活性碳的吸附容量。此外，苛性钠浸渍的活性碳可能易受不可控的热漂移 (thermalexcursion)的影响，所述热漂移来自于苛性钠浸渍引发的放热反应和抑制的燃 烧温度。

更近来在改善活性碳的H₂S吸附容量方面的尝试包括用金属氧化物浸渍活性碳或 形成含有金属氧化物(例如Ca、Mg、Ba或其组合)的基质。但是，此类过滤器仅分别展现出大 约0.1至0.3g/cc和0.26g/cc的H₂S吸附容量。该活性碳-金属氧化物基质通过以下方法来制 备：预氧化碳材料、研磨该预氧化的碳材料；将研磨的预氧化材料与Ca、Mg、Ba或其组合的氧 化物混合以形成碳混合物；将碳混合物挤出为所需结构体；碳化并活化该挤出物。但是发 现，此类制备方法留下了显著量的不可用于反应的活性剂。金属氧化物浸渍的活性碳介质 通过以下方法制备：将该活性碳成型为所需结构体；通过用Mg盐、Ca盐或两种金属的盐的溶 液喷洒该活性碳结构体，从而用该盐溶液浸渍成型的活性碳介质；并将该金属盐转化为金 属氧化物。但是，纯金属氧化物因为它们的低孔隙体积和表面积而对H₂S的容量有限，并且 H₂S的氧化反应太慢以至于并未实际应用于气味控制。此外，纯金属氧化物没有表现出对不 与该基底反应的有机化合物的显著吸附容量。结果，这些金属氧化物与商业化无关。

由此，现有的活性碳吸附剂受困于许多众所周知的缺点，包括：活性碳对H₂S的容 量低，活性碳具有H₂S去除的缓慢的动力学速率；吸附容量低，相对高的量的金属氧化物必 须遍布该碳基质分散，和高的流动阻力。因此，合意的是具有活性碳吸附剂，其具有改善的 H₂S吸附容量，提高的H₂S去除的动力学速率和低流动阻力。

发明概述