用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化的催化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及克劳斯尾气催化剂技术领域，具体涉及一种用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化催化剂及其制备方法。

背景技术

目前化工行业主要采用硫磺回收工艺处理酸性气，其主要设备包括沿气流方向的制硫燃烧炉、两级克劳斯反应器以及焚烧炉等。克劳斯反应器出口气体经尾气处理单元进一步处理后，通常被通入焚烧炉以将其中剩余的微量含硫物质(H

专利CN104907097B公开了一种常温高效除一氧化碳催化材料的配方及相应制备工艺，催化剂以高比表面积的多孔活性炭、分子筛为主的复合材料为催化剂的载体，以一种或几种非贵金属盐为主活性组分，以络合的金属离子为助剂，活性组分为铜或铁，采用分步浸渍和络合工艺负载活性组分制备而成，在常温常湿条件下催化氧化一氧化碳转化率可达95％以上。但该专利未涉及反应气氛中存在硫化物的问题。

专利CN100409940C公开了一种适用于同时脱除汽车尾气中氮氧化物和一氧化碳的催化剂。催化剂以浸渍法制备而成，CeO

专利CN114433125A公开了一种具有耐硫性的CO氧化催化剂。催化剂包括内层组分和外层组分。所述内层组分包括：载体、CuO、MnO和CeO

专利CN103894196B公开了一种用于处理克劳斯尾气的低温氧化催化剂及其制备方法。催化剂以La-TiO

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化催化剂及其制备方法，过渡金属氧化物催化剂在克劳斯工艺尾气处理过程中应用时，相比于现有的热力焚烧工艺，可实现尾气中污染物组分的低温高效催化氧化。

本发明的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化催化剂，所述催化剂的载体为TiO

优选地，所述活性组分的负载量为载体质量的1-10wt％。

另一方面，本发明提供了上述用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化的催化剂的制备方法，TiO

对于克劳斯尾气催化氧化反应气而言，主要是氧化气氛，催化剂上积累的硫化物主要以硫酸盐的形式存在。氧化钛是一种具有优异抗硫性能的氧化物，其上形成的硫酸盐多为不稳定硫酸盐，加热易分解。对于负载型的氧化钛催化剂而言，活性组分上产生的硫酸盐可能会迁移到氧化钛载体上，从而保留其高效的氧化性能。然而，活性组分分布的均匀性通常会直接影响物种在催化剂表面的吸附、迁移行为。真空浸渍法采用真空脱除多孔材料孔道内部吸附的气体和水份，有利于所需要浸渍的活性组分快速进入载体孔道内部，所制备的催化剂具有显著的活性组分分散均匀、分散性高的优点。因此，本发明采用真空浸渍法制备负载型氧化钛催化剂，预期将获得用于克劳斯尾气催化氧化的具有强抗硫性能的高效氧化催化剂。

优选地，上述用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化的催化剂的制备方法具体包括以下步骤：

S1将去离子水加入到钛酸四丁酯中，搅拌；

S2将步骤S1所得溶液于150-250℃下反应12-36h；

S3将步骤S2所得水溶液离心、洗涤后，干燥制得粉末状的TiO

S4将活性组分的金属盐溶入去离子水中，加入步骤S3所得的TiO

S5将步骤S4所得溶液转移至旋蒸仪中，真空浸渍后，旋蒸，得粉末；

S6将步骤S5所得粉末置于马弗炉内焙烧，即得催化剂。

优选地，步骤S1中，搅拌速率为200-500r/min，搅拌时间为0.5-5h。

优选地，步骤S3中，干燥温度为100-200℃，干燥时间为8-24h。

优选地，步骤S4中，搅拌时间为0.5-5h。

优选地，步骤S5中，真空浸渍时间为2h，旋蒸温度为50-80℃，旋蒸时间为1-12h。

优选地，步骤S6中，焙烧温度为350-750℃，焙烧时间为1-8h，升温速率为1-10℃/min。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明制备的过渡金属氧化物催化剂在克劳斯工艺尾气处理过程中应用时，相比于现有的热力焚烧工艺，在含硫气氛下具有良好的氧化活性，可在低温下(350-400℃)实现克劳斯工艺尾气的高效催化氧化处理。

2.本发明的催化剂所用原材料选取过渡金属，成本低廉。

3.本发明催化剂的制备过程不使用有机溶剂，简单易行、环境友好。

附图说明

图1为评价例1中不同催化剂上的一氧化碳转化率。

图2为评价例1中不同催化剂上的氢气转化率。

图3为评价例1中不同催化剂上的羰基硫转化率。

图4为评价例1中不同催化剂上的硫化氢转化率。

图5为评价例2中不加催化剂条件下一氧化碳、氢气、羰基硫及硫化氢氧化的空管转化率。

图6为评价例3中400℃下，催化剂1CuT上一氧化碳、氢气、羰基硫及硫化氢转化率。

具体实施方式

下面列举具体实施例对本发明进行进一步说明。需要说明的是本发明所列的这些具体实施例仅限于说明本发明，而非对本发明上述内容作任何意义上的限定。

实施例1

将1.5mL去离子水加入到含有10mL钛酸四丁酯的烧杯中，搅拌速率为450r/min，搅拌0.5h。将所得溶液转入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，置于烘箱中150℃反应12h。取出溶液样品，用去离子水及乙醇离心、洗涤三次后，置于烘箱内100℃干燥8h得粉末状的TiO

实施例2

将1.5mL去离子水加入到含有10mL钛酸四丁酯的烧杯中，搅拌速率为200r/min，搅拌0.5h。将所得溶液转入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，置于烘箱中200℃反应24h。取出溶液样品，用去离子水及乙醇离心、洗涤三次后，置于烘箱内100℃干燥12h得粉末状的TiO

实施例3

将1.5mL去离子水加入到含有10mL钛酸四丁酯的烧杯中，搅拌速率为350r/min，搅拌3h。将所得溶液转入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，置于烘箱中200℃反应24h。取出溶液样品，用去离子水及乙醇离心、洗涤三次后，置于烘箱内150℃干燥12h得粉末状的TiO

实施例4

将1.5mL去离子水加入到含有10mL钛酸四丁酯的烧杯中，搅拌速率为500r/min，搅拌5h。将所得溶液转入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，置于烘箱中250℃反应36h。取出溶液样品，用去离子水及乙醇离心、洗涤三次后，置于烘箱内200℃干燥24h得粉末状的TiO

实施例5

将1.5mL去离子水加入到含有10mL钛酸四丁酯的烧杯中，搅拌速率为450r/min，搅拌0.5h。将所得溶液转入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，置于烘箱中200℃反应24h。取出溶液样品，用去离子水及乙醇离心、洗涤三次后，置于烘箱内100℃干燥12h得粉末状的TiO

实施例6

将1.5mL去离子水加入到含有10mL钛酸四丁酯的烧杯中，搅拌速率为450r/min，搅拌0.5h。将所得溶液转入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，置于烘箱中200℃反应24h。取出溶液样品，用去离子水及乙醇离心、洗涤三次后，置于烘箱内100℃干燥12h得粉末状的TiO

评价例1

将实施例1-6所制备的催化剂样品研磨、压片、过筛，取40-60目部分，在克劳斯尾气催化氧化评价装置中进行催化剂的活性评价。石英固定床反应管外径10mm，内径6mm。反应炉采用电加热，两段式加热，加热段总长度350mm，催化剂装填量各0.5ml。原料气经混合后进反应器进行反应，反应后气体成分及浓度使用带有热导检测器(TCD)以及火焰光度检测器(FPD+)的气相色谱进行分析。催化剂评价条件：反应气组成(体积)为COS 1000ppm、H

CO转化率＝(进气中CO浓度-出气中剩余CO浓度)/进气中CO浓度×100％；

H

COS转化率＝(进气中COS浓度-出气中剩余COS浓度)/进气中COS浓度×100％；

H

评价例2

不加催化剂，在克劳斯尾气催化氧化评价装置中进行空管活性评价。石英固定床反应管外径10mm，内径6mm。反应炉采用电加热，两段式加热，加热段总长度350mm。原料气经混合后进反应器进行反应，反应后气体成分及浓度使用带有热导检测器(TCD)以及火焰光度检测器(FPD+)的气相色谱进行分析。催化剂评价条件：反应气组成(体积)为COS1000ppm、H

评价例3

将实施例5所制备的1CuT催化剂样品研磨、压片、过筛，取40-60目部分，在克劳斯尾气催化氧化评价装置中进行催化剂的活性评价。石英固定床反应管外径10mm，内径6mm。反应炉采用电加热，两段式加热，加热段总长度350mm，催化剂装填量各0.5ml。原料气经混合后进反应器进行反应，反应后气体成分及浓度使用带有热导检测器(TCD)以及火焰光度检测器(FPD+)的气相色谱进行分析。催化剂评价条件：反应气组成(体积)为COS 1000ppm、H

表1-10为各催化剂及空管活性评价结果。

表1催化剂5CoT的活性评价结果

表2催化剂5CuT的活性评价结果

表3催化剂5CeT的活性评价结果

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表4催化剂5FeT的活性评价结果

表5催化剂1CuT的活性评价结果

表6催化剂10CuT的活性评价结果

表7催化剂1Cu1CoT的活性评价结果

表8催化剂1Cu1CeT的活性评价结果

表9催化剂1Cu1FeT的活性评价结果

表10空管的活性评价结果

从活性结果可以看出，本发明方法所制备的过渡金属氧化物催化剂的催化活性优异，其中1CuT催化剂具有最佳的反应活性，所需反应温度远低于原有工艺热力焚烧所需的温度(空管活性评价，800℃)，具备低温高效处理克劳斯工艺尾气的能力。