[发明专利]高抗硫性能的除氢催化剂

说明书

利用催化燃烧法从合成尿素CO₂原料气中除去氢气以及其可燃烧性气体。五十年代工业上已采用贵金属Pt载于氧化铝载体上的催化剂，后来开发了贵金属Pd催化剂，还有采用Ru、Rb等稀有金属催化剂，都取得了良好的结果，对除去CO₂原料气中的氢气很有效，催化反应温度降到300℃以下。

有效地脱除合成尿素CO₂原料气中的氢气及其他可燃性气体(如一氧化碳、甲醇等)，是尿素生产装置安全生产、不发生爆炸的保证。七十年代末以来，以CO₂汽提法生产尿素的大型工业装置开始采用的CO₂原料气催化除氢技术，采用的催化剂主要是美国Engelhard公司生产的CN-101型催化剂，它是一种Pt/Al₂O₃催化剂，这种催化剂对CO₂原料气有一定的要求：CO₂≥92％(体积)，H₂——0.93％(体积)，O₂——1.44％(体积)，CO＜0.20％(体积)，CH₄≤0.06％(体积)，CH₃OH≤300ppm，总硫量S≤2mg/Nm₃。其适宜的操作条件为：反应压力为(1.43～1.50)×10⁷Pa，入口反应温度为180～220℃，气体空速为25000V/V·h，经过一年的连续运转，反应器入口温度维持在220℃左右，反应后的尾气残氢量在50ppm以下，达到合成尿素用CO₂原料气中的含量要求。

中国专利88100942·3(92年4月1日授权)是我们88年申请的发明专利，名称为《合成尿素用CO₂原料气除氢催化剂》，(其中一例代号为DH—2)，采用Pd和Pt作为活性组分，加入另一种金属元素为助剂，载于氧化铝或氧化铝—氧化硅载体上。用这种催化剂在常压固定床反应器中，使合成尿素CO₂原料气中的氢气进行催化燃烧反应，反应条件为：反应压力(1.43～1.45)×10⁷Pa，入口反应温度为160～210℃，气体空速为25000～30000V/V·h，连续运转9000小时，尾气残氢量维持在50ppm以下。

上面列举的两种催化剂都已应用于尿素合成的工业化生产，满足工业生产的要求，但它们都还存在共同的缺点是对原料气中H₂S较敏感，要求严格控制原料气中总硫量≤2mg/Nm³，如含硫量超标，则必须提高反应器入口温度，否则尾气的残氢量就不合格，提高反应温度的结果是影响催化剂寿命。因此，开发高抗硫性能的催化剂是我们这个发明要解决的问题。

本发明的目的是提供一种具有良好性能的除氢催化剂，适合于合成尿素含硫的CO₂原料气的除氢，比现在工业上所使用的Engelhard公司的CN-101催化剂和国产的DH—2催化剂具有更好的抗硫中毒性能，这种催化剂采用普通的过渡金属Fe代替部分贵金属，从而降低催化剂的成本。

本发明的详细说明：

本发明采用球形或柱状的γ—Al₂O₃为载体，采用Pd和Fe作为活性组分，从碱金属(钠或钾)中选择至少一种作为助剂。

活性组分Pd和Fe可来自含该组分的各种化合物，例如，PdCl₂、H₂PdCl₄、(NH₄)₂PdCl4、Pd(NH₃)₄(OH)₂、FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、FeBr₃、Fe(NO₃)₃等。加入碱金属助剂的目的是有利于贵金属的分散和改善其分布状况，并有助于稳定催化剂的结构。助剂以碳酸盐、醋酸盐、草酸盐等形式加入。催化剂的活性组分、助剂及载体间要求有一定的比例关系，Pd与Al的原子比为5.0×10^-5～3.0×10^-2，较好原子比为1.0×10^-5～2.0×10^-4；Pd与Fe的原子比为0.1～4.0，较好的原子比为0.1～0.4；Pd与碱金属的原子比为0.2～10.0，较好的原子比为0.5～3.0。