新型、高效DJ-1多功能凈化劑的開發(fā)

0 前  言

    煤制氣中通常含有COS、CS₂、HCN等多種毒物，在甲醇、醋酸和DMF等生產(chǎn)中O₂也是一種毒物，DJ-1多功能凈化劑正是針對上述四種毒物而研制的一種新型凈化劑^[1,2]。該凈化劑具有耐硫脫氧、COS轉(zhuǎn)化、CS₂轉(zhuǎn)化和HCN脫除等多種功能，可廣泛應(yīng)用于甲醇、醋酸、DMF等的合成氣、焦?fàn)t煤氣以及電廠燃氣的凈化，目前已在多套裝置上應(yīng)用，效果理想^[3]。

1  實  驗

1.1  催化劑的制備

    DJ-1多功能凈化劑采用特種球形γ-Al₂O₃作載體，負(fù)載多種過渡金屬，經(jīng)400～600℃焙燒及預(yù)活化處理制得。

2.2  催化劑的評價裝置

    催化劑的活性評價裝置如圖1所示。

圖1  DJ-1多功能凈化劑活性測定裝置圖

 

1—原料氣瓶；2—減壓閥；3—流量計；4—水汽飽和器；5—反應(yīng)管；6—電加熱爐；7—恒溫水浴

1.3  實驗方法

    反應(yīng)管內(nèi)徑φ27mm，裝填DJ-1多功能凈化劑30ml，原料氣經(jīng)流量計準(zhǔn)確計量后通過水汽飽和器后，進反應(yīng)管，通過對反應(yīng)管進出口氣進行分析，考察DJ-1多功能凈化劑的各種性能。

1.4  分析儀器

    HC-2型微量硫分析儀（湖北省化學(xué)研究院）

    WK－2D微庫侖硫分析儀（江蘇分析儀器廠）

    KY203控氧儀（新安江分析儀器廠）

    721型分光光度計（上海箐華科技儀器有限公司）

2  結(jié)果與討論

2.1  COS水解轉(zhuǎn)化性能

    不同溫度下DJ-1多功能凈化劑上COS的轉(zhuǎn)化情況見圖2。試驗氣源組成為CO 68%，H₂ 1%， COS 0.15%，O₂ 0.3%，H₂O 9%，H₂S 100×10^－6。試驗氣源為典型焦?fàn)t氣時，規(guī)律與上述特定氣源類似。

 

圖2  溫度對COS轉(zhuǎn)化率的影響

    由圖2可見，隨溫度升高COS的轉(zhuǎn)化率增加，溫度在150～200℃時，COS的轉(zhuǎn)化率≥90%，再升溫，COS的轉(zhuǎn)化率下降，300℃時僅為33%，繼續(xù)升溫COS的轉(zhuǎn)化率又提高，溫度升至350℃之后，COS的轉(zhuǎn)化率趨近44%。上述結(jié)果表明，300℃以下催化劑上主要發(fā)生COS的水解反應(yīng)，而300℃以上則有氫解反應(yīng)發(fā)生^[4,5]。

    在溫度200℃，上述試驗氣源條件下不同水汽含量對COS轉(zhuǎn)化率的影響見圖3。

 

圖3  水汽含量對COS轉(zhuǎn)化率的影響（200℃）

    由圖3可見，水汽含量為零時，COS的轉(zhuǎn)化率為零，隨水汽含量的增加，COS的轉(zhuǎn)化率升高。水汽含量為9.5%時，COS的轉(zhuǎn)化率達到最大值88.2%。再增加水汽含量，COS的轉(zhuǎn)化率開始下降。可能因為水汽含量過高，導(dǎo)致水汽在凈化劑的微孔中凝結(jié)，堵塞微孔，影響了其內(nèi)表面的利用。

2.2  CS₂的轉(zhuǎn)化性能

    不同溫度下DJ-1多功能凈化劑上CS₂的轉(zhuǎn)化率見圖4所示。試驗氣源為焦?fàn)t氣，組成為H₂ 58%，CH₄ 22%，CO 7%，N₂ 6.7%，CO₂ 2.7%，C_nH_m 2%，O₂ 0.3%，CS₂ 26×10^－6，用德士古水煤氣試驗，也有類似結(jié)果。

 

圖4 溫度對CS₂轉(zhuǎn)化率的影響

    由圖4可見，在上述焦?fàn)t氣中CS₂的轉(zhuǎn)化率在150℃以上即超過80%，在200℃以上轉(zhuǎn)化率可達99%，德士古水煤氣也有類似結(jié)果。

2.3 脫氧性能

    DJ-1多功能凈化劑可耐硫脫氧，在不同溫度下的脫氧率見圖5。試驗氣源組成為為CO68%， H₂1%，COS0.15%，O₂0.3%，H₂O9%，H₂S100×10^－6。試驗氣源為典型焦?fàn)t氣時，規(guī)律與上述特定氣源類似。

 

圖5  溫度對脫氧率的影響

    由圖5可見，隨著反應(yīng)溫度的提高，脫氧率增加，溫度在150℃以上，DJ-1多功能凈化劑的脫氧率＞90%。

2.4  HCN轉(zhuǎn)化性能

    DJ-1多功能凈化劑具有轉(zhuǎn)化HCN的功能。實驗以焦?fàn)t氣進行考察，其中焦?fàn)t氣中HCN含量為300×10^－6，不同溫度下HCN的轉(zhuǎn)化率見圖6。

 

圖6 溫度對HCN轉(zhuǎn)化率的影響

    由圖6可見，隨著溫度的提高，HCN轉(zhuǎn)化率增加，150℃以上HCN轉(zhuǎn)化率＞80%，接近400℃，轉(zhuǎn)化率約99%。

3  DJ-1多功能凈化劑的應(yīng)用情況

    DJ-1多功能凈化劑已廣泛用于山東、河南、江蘇、遼寧、貴州等省的甲醇、醋酸、DMF等裝置中。綜合工廠分析檢測數(shù)據(jù)與我們的現(xiàn)場分析檢測數(shù)據(jù)，部分應(yīng)用情況見表1。

 

    從表1可見，DJ-1多功能凈化劑的應(yīng)用效果十分理想，各項指標(biāo)達到了預(yù)期要求，其中脫氧率99%，COS轉(zhuǎn)化率88%～97%，CS₂轉(zhuǎn)化率99%，HCN脫除率82%。

4  結(jié)  論

    （1）DJ-1多功能凈化劑具有耐硫脫氧，轉(zhuǎn)化COS、CS₂和脫除HCN等多種功能。

    （2）該凈化劑的最佳使用溫度為150～200℃，此時脫氧率＞90%，COS轉(zhuǎn)化率＞80%，CS₂轉(zhuǎn)化率＞90%，HCN脫除率＞80%。

    （3）該多功能凈化劑已廣泛用于甲醇、醋酸、DMF和電廠燃氣等系統(tǒng)的凈化，取得了良好的應(yīng)用業(yè)績，工廠運行效果十分理想。