含CO工业废气中有机硫深度净化关键技术

1概述

1.1羰基硫和二硫化碳的来源、危害及性质

1.1.1羰基硫和二硫化碳的来源及危害

1.1.2羰基硫和二硫化碳的性质

1.2羰基硫和二硫化碳脱除技术

1.3羰基硫和二硫化碳催化水解技术

1.3.1羰基硫和二硫化碳单独水解催化剂的制备

1.3.2羰基硫和二硫化碳同时水解催化剂的制备

1.3.3羰基硫和二硫化碳单独水解催化剂的失活及再生

1.4羰基硫和二硫化碳单独水解反应动力学和反应机理研究

1.4.1COS和CS2单独水解反应动力学

1.4.2COS和CS2单独水解反应机理

2实验系统与实验方法

2.1实验研究技术（方案）路线

2.2实验仪器及药品

2.3催化剂活性测定及气体分析

2.4催化剂的制备及性能评价指标

2.4.1催化剂的制备方法

2.4.2催化剂活性评价指标

2.5催化剂表征

2.5.1SEM/EDS

2.5.2XRD

2.5.3BET

2.5.4XPS

2.5.5TG—DTA

3微波煤质活性炭为载体催化剂的开发

3.1Fe/MCAC催化剂活性评价

3.1.1催化剂的制备方法

3.1.2不同金属氧化物对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.1.3焙烧温度对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.1.4不同Fe2O3含量对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.1.5不同碱种类和碱含量对COS、CS2同时催化水解活性的影

3.2Fe—Cu/MCAC催化剂活性评价

3.2.1催化剂的制备方法

3.2.2第二金属组分的添加对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.2—3不同Fe：Cu摩尔比对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.3Fe—Cu—Ni/MCAC催化剂活性评价

3.3.1催化剂的制备方法

3.3.2第三金属组分的添加对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.3.3不同Fe：Cu：Ni摩尔比对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.3.4失活Fe—Cu—Ni/MCAC催化剂的产物分析

3.4实验工艺条件的影响

3.4.1反应温度对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.4.2相对湿度对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.4.3氧含量对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.4.4空速对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.4.5进口浓度比对COS、CS2同时催化水解活性的影响

3.5本章小结

4微波椰壳活性炭为载体催化剂的开发及再生研究

4.1Fe—Cu—Ni/MCSAC催化剂同时催化水解COS、CS2

4.1.1催化剂的制备方法

4.1.2催化剂的活性评价

4.2实验工艺条件的影响

4.2.1反应温度对COS、CS2同时催化水解活性的影响

4.2.2相对湿度对COS、CS2同时催化水解活性的影响

4.2.3氧含量对COS、CS2同时催化水解活性的影响

4.2.4空速对COS、CS2同时催化水解活性的影响

4.2.5进口浓度比对COS、CS2同时催化水解活性的影响

4.2.6CO、H2S气氛对COS、CS2同时催化水解活性的影响

4.3催化剂再生实验研究

4.3.1催化剂再生方法的选择

4.3.2不同N2吹扫温度对催化剂活性的影响

4.3.3不同KOH含量对催化剂活性的影响

4.3.4再生次数对催化剂活性的影响

4.3.5水洗 N2加热吹扫 浸碱（碱洗）再生机理的研究

4.4本章小结

5COS、CS2同时催化水解反应动力学研究

5.1COS和CS2催化水解反应动力学

5.1.1动力学实验装置流程

5.1.2动力学实验条件的选择

5.1.3COS和CS2催化水解反应动力学实验

5.2COS、CS2同时催化水解反应动力学拟合和确定

5.3本章小结

6改性微波活性炭同时脱除COS、CS2机理分析

6.1BET表征分析

6.2SEM/EDS表征分析

6.3XPS表征分析

6.3.1失活前后样品XPS表征分析

6.3.2不同氧含量下失活样XPS表征分析

6.3.3不同相对湿度下失活样XPS表征分析

6.3.4不同进口浓度下失活样XPS表征分析

6.4改性微波活性炭同时脱除COS和CS2的机理分析

6.4.1实验和表征结果分析

6.4.2改性微波活性炭同时脱除COS、CS2反应机理的提出

6.5本章小结

7结论及建议

7.1研究结论

7.2建议

参考文献

附录书中主要的字母缩写和符号说明

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1.3.3.2水解催化剂的再生

周广林等研究出催化剂失活后的再生方法：先焙烧，水洗，然后浸渍再生溶液并烘干，再进行焙烧处理得到成品，此方法所得水解催化剂活性恢复比较理想，且活性稳定性良好，但是此种再生方法流程较为繁琐，操作复杂，其再生费用相对较高，因此探索合理的催化剂现场再生方法是低温羰基硫水解催化剂的一个主要发展方向。于丽丽等研究表明，N2热再生法效果较好，特别是在250℃下的效果最为理想，与此同时，进行了酸碱滴定实验，表明再生后催化剂表面碱性官能团有所减少，而酸性官能团含量则有所增加。

1.4羰基硫和二硫化碳单独水解反应动力学和反应机理研究

1.4.1COS和CS：单独水解反应动力学

催化水解反应级数根据工艺条件和催化剂的不同结论也不同，大多数研究者认为对COS水解反应是一级反应，而H2O的反应级数则不一定，主要受催化剂和工艺条件（主要是反应温度）的影响。例如，在反应温度较低且水汽比较高的情况下，COS水解对水的反应级数为—0.5，对COS的反应级数是1；而在γ—906型及T—24型催化剂的COS水解反应动力学研究中发现水解反应受内扩散和化学反应的共同控制，水解反应对COS的反应级数为0.53，对H2O的反应级数为1。但通过对Al203催化剂在惰性气氛中的催化水解反应，研究发现，H2O较COS更容易吸附在催化剂表面上；所建立的模型与催化水解反应体系也是比较相符的，这说明气态的COS与吸附态的H2O之间的反应是整个反应的控制步骤。

《含CO工业废气中有机硫深度净化关键技术》共分7章，主要内容包括：羰基硫和二硫化碳的来源、危害及性质；实验系统与实验方法；微波煤质活性炭为载体催化剂的开发；微波椰壳活性炭为载体催化剂的开发及再生研究；COS、CS2同时催化水解反应动力学研究；改性微波活性炭同时脱除COS、CS2机理分析。本书由宁平、李凯、易红宏著。

现代工业废气处理设备有很多种，选择合适的工业废气净化器才能有效净化工业生产车间产生的工业废气、有机废气的污染。工业生产车生的废气对生产车间及周围环境造成很大的污染，甚至对人的身体有一定的危害。

《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》属于燃气净化领域，具体涉及一种CO净化器，以及设置有该CO净化器的燃气热水器。

CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器专利目的

《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》的第一个目的在于提供一种CO净化器，所述的CO净化器具有机械强度高、热膨胀系数小、耐高温、热稳定性好、净化一氧化碳的效果好、使用寿命长等优点。

《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》的第二个目的在于提供一种设有所述CO净化器的燃气热水器。

CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器技术方案

为了实现《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》的目的，特采用以下技术方案：

一种CO净化器，其特征在于，所述净化器包括蜂窝陶瓷基体和附着在蜂窝陶瓷基体表面的催化剂层，所述催化剂层包括催化剂载体和分散于载体内的活性组分颗粒；所述的活性组分由贵金属中一种或多种构成。

《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》提供的CO净化器由蜂窝陶瓷基体和附着在蜂窝陶瓷基体表面的催化剂层构成，蜂窝陶瓷基体作为CO净化器的骨架，赋予了CO净化器优良的抗压强度和耐高温性能，并且蜂窝陶瓷基体的热膨胀系数小，在高温的环境中稳定性强，极大地提高了CO净化器的使用寿命；另外，燃气在不完全燃烧释的过程中放出一氧化碳，一氧化碳在通过CO净化器的过程中在活性成分贵金属的作用下与O₂发生氧化还原反应，生成CO₂并释放出热量，从而达到净化CO的目的，该发明采用贵金属为催化剂的活性成分，具有使用温度低，脱除率高的特点，该发明提供的CO净化器出口处CO浓度小于50ppm，净化一氧化碳的效果非常好。

所述的蜂窝陶瓷基体的原料组分包括堇青石、Al₂O₃、尖晶石、和富铝红柱石和粘结剂。优选的，按重量份计，所述的蜂窝陶瓷基体的原料组分包括85-95份堇青石、1-5份Al₂O₃、1-5份的尖晶石、1-5份的富铝红柱石、3-10份粘结剂。

所述的粘合剂为该领域制备蜂窝陶瓷中常用的粘合剂，其选用不需要付出创造性的劳动。

《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》提供的蜂窝陶瓷基体以堇青石为主要组分，以Al₂O₃、尖晶石、富铝红柱石为辅加组分，该陶瓷的基本配方为以堇青石为主的Al₂O₃-MgO-SiO₂体系，并含有微量的Na、K、Ca、Fe、Mn元素，该体系具有较低的烧结温度，并能赋予陶瓷材料优异的烧结性能和显微结构，使得该蜂窝陶瓷基体具有优良的抗热震性能、良好的吸附性能、较高的耐火度和理想的机械强度，特别是热膨胀吸收小，是一种性能优异的一氧化碳净化气基体材料。

优选的，所述的蜂窝陶瓷基体的原料组分还包括氧化钠、氧化钾、和氧化钙。更优选的，按重量份计，所述的蜂窝陶瓷基体的原料组分包括85-95份堇青石、1-5份Al₂O₃、1-5份的尖晶石、1-5份的富铝红柱石、3-10份粘结剂、0.1-0.5份氧化钠、0.1-0.5份氧化钾、和0.1-0.5份氧化钙。

《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》提供的陶瓷的配方中添加了氧化钠、氧化钾、和氧化钙，氧化钠、氧化钾、和氧化钙一是能降低烧结温度，二是能赋予陶瓷材料优异的烧结性能和显微结构，使蜂窝陶瓷基体具有优异的理化综合性能。

所述蜂窝陶瓷基体的孔洞为1.3～1.8毫米×1.3～1.8毫米方孔或边长为1.3-1.8毫米的六边形孔。

所述蜂窝陶瓷基体的壁厚为0.2-0.8毫米，优选的，所述蜂窝陶瓷基体的壁厚为0.3-0.4毫米。

所述催化剂载体的组分包括γ-Al₂O₃和稀土氧化物。优选的，按重量份计，所述催化剂载体的组分包括90-99份的γ-Al₂O₃和1-10份的稀土氧化物。γ-Al₂O₃具有高比表面、耐高温的惰性，高活性、和多孔性，并且硬度高、尺寸稳定性好，吸附能力强，能够牢固地负载更多的活性组分，提高催化一氧化碳的效率，提高催化剂层的耐磨性能和使用寿命。催化剂载体γ-Al₂O₃中掺杂稀土氧化物，起提高活性组分分散度以及助催化的作用，使活性组分分布均匀，催化效率更高。

优选的，所述的稀土氧化物包括CeO₂、ZrO₂、Ga₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃中的一种或多种混合。

优选的，所述的稀土氧化物的粒径不超过50微米，优选不超过20微米。当稀土氧化物的粒径不超过50微米时，稀土氧化物的表面效应增强了其分散作用和助催化作用，制备的催化剂层活性成分分布非常均匀，净化效率显著提高。

所述的贵金属为金、银或铂族金属中的一种或多种混合，所述的铂族金属为钌、铑、钯、锇、铱或铂；优选的，所述的贵金属为铂和钯中的一种或多种混合。

所述贵金属颗粒的粒径不超过50微米，优选为不超过10微米，更优选为不超过1微米。当贵金属颗粒的粒径不超过50微米时，CO净化器出口出的CO浓度小于30ppm，当贵金属颗粒的粒径不超过10微米时，CO净化器出口出的CO浓度小于15ppm，当贵金属颗粒的粒径为不超过1微米时，CO净化器出口出的CO浓度小于8ppm，净化一氧化碳的效果非常好。

所述活性组分的含量占催化剂层总质量的1-15%，优选为5-10%。

所述的蜂窝陶瓷基体的耐热温度高于1450℃、孔壁密度高于1.6克／立方厘米；热膨胀系数为1.0～1.2×l0^-6／℃（室温-1000℃）、纵向抗压强度为1.2～1.44×10⁷牛／平方米、横向抗压强度为1.3～3.87×10⁶牛／平方米、阻力降不超过600帕。

所述的催化基层的耐热温度高于1500℃、热膨胀系数为1.0～1.2×l0^-6／℃（室温-1000℃）。

《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》提供的CO净化器，其蜂窝陶瓷基体和附着在蜂窝陶瓷基体表面的催化剂层的热膨胀系数均较小，随着温度的大范围变化其体积变化非常微小，在使用过程中不会出现裂纹等情况，稳定性好，另外二者的热膨胀系数非常接近，即随着温度的变化，二者的膨胀幅度几乎相同，这就保证了催化剂层可以牢固地附着在蜂窝陶瓷基体表面，二者的结合度高，并且在温度的变化过程中不会出现裂纹、剥离、脱落等现象，热稳定性好，极大地提高了CO净化器的使用寿命。

《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》还提供了一种燃气热水器，所述的燃气热水器设置有所述的CO净化器。

《CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器》提供的燃气热水器排放的一氧化碳浓度非常低、稳定性好、安全系数高，可在密闭的家庭环境中使用。

CO净化器及设有该CO净化器的燃气热水器改善效果

（1）所述CO净化器具有机械强度高、热膨胀系数小、耐高温、热稳定性好、净化一氧化碳的效果好、使用寿命长等优点。

（2）燃气热水器的一氧化碳排放浓度非常低、稳定性好、极大地提高了用户的使用安全。