[发明专利]一种改性生物炭基催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于同时脱除羰基硫、二硫化碳、氰化氢的改性生物炭基催化剂的制备方法，属于大气污染控制技术领域。

背景技术

羰基硫（COS）和二硫化碳（CS₂）广泛存在于大气环境中，并且COS是对流层和平流层底的主要含硫气体，它们的来源可分为自然源和人为源。COS和CS₂在工业生产和使用过程中排放到大气环境，会对环境和人体造成严重的污染和危害。在大气中，CS₂也可以被催化氧化成COS。工业生产中微量的COS和CS₂对催化剂有毒害作用，使其催化效果和使用寿命受到严重的影响。由于COS和CS₂会通过缓慢的水解反应生成硫化氢（H₂S），腐蚀生产设备，不仅给工业生产带来了很大的经济损失，而且增加了设备投资和产品成本。同时COS和CS₂的吸入对人类身体健康存在较大的危害。黄磷尾气中COS和CS₂是共存的典型有机硫气体，黄磷尾气的净化及资源化利用前提必须同时脱除COS和CS₂。

催化水解法脱除COS和CS₂的原理是：COS和CS₂在催化剂上与水蒸气反应转化成H₂S，然后H₂S在后续工段上被脱除，催化水解的反应温度一般低于300℃，并且能耗较低，副反应较少，且大部分原料气中含有水解过程所需的水蒸气。与此同时，低温催化水解COS和CS₂的过程可避免原料气裂解、甲烷化等副反应的发生，所以该法成为目前脱除COS和CS₂研究领域中的热点之一。催化水解法脱除HCN的原理是：HCN在催化剂上与水蒸气反应转化为NH₃和CO，NH₃又可以在后续工段被氧化为无毒无害的N₂，同时水解产物CO也是一碳化工很好的原料气，这种方法不但降低了HCN的毒性，也使其得到资源化的利用。生物炭作为近年来研究的热点，已经在各种领域发挥出了很大的作用。目前生物炭的应用主要是作为催化剂载体，由于生物炭具有巨大的比表面积，能够为催化反应提供足够的吸附位点。同时生物炭的再生性和抗毒性也较好。在大气污染物的去除上，以生物炭作为载体的催化剂已经得到应用。例如：NOx的去除（SCR），H₂S的去除（催化氧化），有机硫的去除（催化水解）等。

中国专利CN 102125850A公开了“一种羰基硫水解催化剂及其制备方法”的发明。该发明所涉及羰基硫水解催化剂是由金属盐溶液、碱溶液和碳酸溶液混合后形成的沉淀制成。该催化剂具有95%的COS催化水解效率，但是只能单独去除COS。中国专利CN 101121123A公开了“中温二硫化碳水解催化剂及其制备方法与用途”的发明。该发明所涉及二硫化碳水解催化剂是通过向氧化铝基催化剂中添加改性剂ZrO₂和La₂O₃并浸渍而制成。该催化剂具有95%的CS₂的催化水解效率，但是只能单独去除CS₂。中国专利CN 101108337B公开了名称为“氰化氢分解催化剂”的发明，该方法所涉及催化剂由金属氧化物组成，能分解HCN、净化煤气杂质及有毒物，可以广泛在HCN分解槽中做催化剂用，却只能单独去除HCN。

目前，关于用改性生物炭基催化剂同时水解催化COS、CS₂和HCN的工艺方法未见到报道。本专利中所用生物炭基催化剂可以同时脱除三种气体，产物中的H₂S可以制备单质硫，NH₃可以氧化为N₂，CO可以回收利用，不产生有害污染物，既能解决生物质废弃物的处置问题，也能有效防治大气污染。

发明内容

本发明提供一种用于同时脱除羰基硫、二硫化碳、氰化氢的改性生物炭基催化剂的制备方法，该改性生物炭基催化剂不仅能实现一步式同时脱除烟气中的COS、CS₂和HCN，还能有效解决资源化回收利用的问题，该工艺方法具体原理如下：