一种高导热性炭基脱硫催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热性炭基脱硫催化剂及其制备方法，该脱硫催化剂是以煤粉、粘接剂、催化活性组分和高导热材料为原料，经混合、混捏、挤压成型、干燥、高温活化工艺后制备而成，催化活性组分与煤粉的质量比为(1～50)：100，粘接剂与煤粉的质量比为(30～75)：100，高导热材料与煤粉的质量比为(0.5～5)：100；制备方法：将配方量的上述原料充分混均、捏合后，挤压成型并干燥；型料置于惰性气氛保护炉中，于600～800℃下炭化设定时间后，继续升温至800～1000℃，通入气体切换成活化剂，保温活化设定时间后，自然冷却即可。该催化剂热传导性能好、避免了催化剂床层导热滞后引发燃烧风险等问题，方法简化了制备工艺，降低制备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种高导热性炭基脱硫催化剂及其制备方法
本专利技术属于脱硫催化剂
，具体涉及一种高导热性炭基脱硫催化剂及其制备方法。
技术介绍
新型催化法烟气脱硫技术采用炭材料为载体，通过一定的方式负载活性催化成分，制备成催化剂。该催化剂既具有活性炭的吸附功能，又对硫酸有一定储存能力，更重要的是具有催化功能，在氧气存在的情况下，能将SO2氧化成SO3，同时与烟气中的水蒸气反应生成硫酸，将脱硫过程变为硫酸生产过程。新型催化法脱硫技术催化反应的适用温度较高，一般在60～80℃，且SO2氧化成SO3的反应是放热反应。而作为新型催化法脱硫技术的核心，脱硫催化剂以活性炭为载体，活性炭的容积密度很低，热传导性能很差，其导热系数只有0.17～0.28W/(m.K)，由于自身导热滞后会引起活性炭发红现象，在氧气气氛中甚至会由于局部过热而燃烧，不仅导致催化剂的质量损失，影响催化剂活性，也增加了新型催化法技术在工业应用过程中操作的危险性，是新型催化法技术推广的一大隐患。因此，开发高导热性的脱硫催化剂，将会对新型催化法脱硫技术的推广使用有很大的促进作用。
技术实现思路
针对现有技术炭基脱硫催化剂的技术现状，本专利技术旨在提供一种高导热性炭基脱硫催化剂及其制备方法，以克服现有技术的炭基脱硫催化剂存在的热传导性能差、催化剂床层导热滞后引发燃烧风险等问题。本专利技术提供的高导热性炭基脱硫催化剂，该脱硫催化剂是以煤粉、粘接剂、催化活性组分和高导热材料为原料，经混合、混捏、挤压成型、干燥、高温活化工艺后制备而成，其中所述催化活性组分与煤粉的质量比为(1～50)：100，所述粘结剂与煤粉的质量比为(30～75)：100，所述的高导热材料与煤粉的质量比为(0.5～5)：100上述技术方案中，优选催化活性组分与煤粉的质量比为(2～20)：100，粘结剂与煤粉的质量比为(35～50)：100，高导热材料与煤粉的质量比为(0.5～3)：100。上述技术方案中，所述煤粉选用无烟煤，催化剂活性组分可以选用但不限于硝酸铜、硝酸铈、硝酸锰、硝酸镍、硝酸铝或硝酸铁中的至少一种；所述粘接剂可以选用但不限于煤焦油、黏土或环氧树脂中的任一种；所述高导热材料可以选用但不限于膨胀石墨、石墨烯等。制备本专利技术提供的上述高导热性炭基脱硫催化剂的方法，主要包括以下工艺步骤：S1：破碎：将无烟煤破碎，筛分至100～200目煤粉备用；S2：混合、混捏、挤压成型：将配方量的煤粉、催化活性组分和高导热材料加入到混料机中，混合均匀，将混合好的料倒入捏合机中，加入配方量的粘接剂进行捏合，混捏完成的样品在固定压力下利用立体式真空挤出机下进行成型；S3：干燥：将挤压成型的样品先自然晾干，然后置于烘箱中烘干；S4：高温炭化，活化：将步骤S3得到的干燥好的型料置于旋转管式电炉中，持续通入惰性气体，升温至600～800℃进行炭化，炭化设定时间后，升温至800～1000℃，通入气体切换成活化剂，保温活化一段时间后，将持续通入的活化剂切换为持续通入惰性气体，自然冷却，得到高导热炭基脱硫催化剂。上述技术方案中，步骤S2中混合时间和混捏时间可根据实际物料数量进行相应的设定，本专利技术优选混合时间为20～50min，混捏时间为30～60min。上述技术方案中，步骤S2中挤压成型的形状为柱状、中空状或蜂窝状。上述技术方案中，步骤S3中脱硫催化剂成型自然晾干部分水分后，于60～110℃下烘干。烘干时间3～16h。上述技术方案中，所述步骤S4中管式电炉中，升温速率为1～20℃/min，优选升温速率3～10℃/min，持续通入惰性气体或活化剂时，通入速率为100～250ml/min，惰性气体可以选用但不限于氮气、氩气或氦气，活化剂可以选用但不限于水蒸气或二氧化碳。上述技术方案中，所述步骤S4中优选炭化时间为0.5～5h，活化时间为0.1～3h。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的高导热性炭基脱硫催化剂，以煤粉、粘结剂、活性组分和高导热材料为原料，制备而成，与以往催化剂制备方法不同的是加入高导热材料，可以在增加催化剂导热性的同时，又不影响脱硫效率。掺杂在原料中的石墨烯或者膨胀石墨能提高脱硫催化剂的导热性，从而使催化剂床层温度能快速达到平衡，不会出现床层温度分布不均的情况，影响催化剂脱硫效果。本专利技术提供的制备方法，采用捏合、成型、高温炭化、活化等工艺步骤，直接将高导热材料掺杂在多孔炭材料制备原料中，不仅增加了催化剂的导热性，还简化了炭基脱硫催化剂的制备过程，降低了制备成本，有利于实现工业化生产。附图说明图1是实施例1-5脱硫性能测试结果示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和有点更加清楚，以下结合具体实施例对本专利技术做进一步地详细说明：专利技术人在固定床反应器中对本专利技术提供的高导热性炭基脱硫催化剂脱除模拟烟气中SO2的性能和催化剂导热系数进行测定。测试条件为：模拟烟气中SO2含量为5700mg/Nm3、氧气含量为10％、水蒸气含量为8～20％，进气温度为80℃，空速为500～3000h-1。实施例1本实施例中，高导热性炭基脱硫催化剂的制备方法如下：S1：破碎：将无烟煤破碎，筛分至200目备用；S2：混合、混捏、挤压成型：称取筛分后的无烟煤100g、硝酸铈和硝酸铁各7g，石墨烯1g，加入到混料机中，混合30min，混合均匀，将混合好的料倒入捏合机中，加入煤焦油50g、进行捏合，捏合2h，混捏完成的样品在固定压力下利用立体式真空挤出机下挤出成4mm柱状；S3：干燥：将挤压成型的样品先自然晾干，然后置于烘箱中80℃烘干12h；S4：高温炭化，活化：将步骤S3得到的干燥好的型料置于旋转管式电炉中，持续通入N2，流速150ml/min，以5℃/min的速率升温至600℃进行炭化，炭化2h后，继续升温，升温速率5℃/min，升温至900℃后，以150ml/min的速率通入水蒸气，保温活化1h后，将持续通入的水蒸气切换为持续通入惰性气体，自然冷却，得到高导热炭基脱硫催化剂。脱硫性能测试结果如图1(a)所示，硫容为180mg/g，催化剂导热系数为0.5W/(m.K)，BET表征结果如表1所示：表1脱硫催化剂表征结果实施例2本实施例中，高导热性炭基脱硫催化剂的制备方法如下：S1：破碎：将无烟煤破碎，筛分至200目备用；S2：混合、混捏、挤压成型：称取筛分后的无烟煤100g、硝酸镍14g，石墨烯1g，加入到混料机中，混合30min，混合均匀，将混合好的料倒入捏合机中，加入煤焦油50g、进行捏合，捏合2h，混捏完成的样品在固定压力下利用立体式真空挤出机下挤出成4mm柱状；S3：干燥：将挤压成型的样品先自然晾干，然后置于烘箱中80℃烘干12h；S4：高温炭化，活化：将步骤S3得到的干燥好的型料置于旋转管式电炉中，持续通入N2，流速150ml/min，以5℃/min的速率升温至600℃进行炭化，炭化2h后，继续升温，升温速率5℃/min，升温至900℃后，以150ml/min的速率通入水蒸气，保温活化1h后，将持续通入的水蒸气切换为持续通入惰性气体，自然冷却，得到高导热炭基脱硫催化剂。脱硫性能测试结果如图1(b)所示，硫容为210mg/g，催化剂导热系数为0.49W/(m.K)。实施例3本实施例中，高导热性炭基脱硫催化剂的制备方法如下：S1：破碎：将无烟煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热性炭基脱硫催化剂，其特征在于：该脱硫催化剂是以煤粉、粘接剂、催化活性组分和高导热材料为原料，经混合、混捏、挤压成型、干燥、高温活化工艺后制备而成，其中所述催化活性组分与煤粉的质量比为(1～50)：100，所述粘结剂与煤粉的质量比为(30～75)：100，所述高导热材料与煤粉的质量比为(0.5～5)：100。

【技术特征摘要】
1.一种高导热性炭基脱硫催化剂，其特征在于：该脱硫催化剂是以煤粉、粘接剂、催化活性组分和高导热材料为原料，经混合、混捏、挤压成型、干燥、高温活化工艺后制备而成，其中所述催化活性组分与煤粉的质量比为(1～50)：100，所述粘结剂与煤粉的质量比为(30～75)：100，所述高导热材料与煤粉的质量比为(0.5～5)：100。2.根据权利要求1所述的高导热性炭基脱硫催化剂，其特征在于：所述催化活性组分与炭粉的质量比为(2～20)：100，所述粘结剂与炭粉的质量比为(35～50)：100，所述的高导热材料与煤粉的质量比为(0.5～3)：100。3.根据权利要求1所述的高导热性炭基脱硫催化剂，其特征在于：所述高导热材料为石墨烯或膨胀石墨。4.根据权利要求1所述的高导热性炭基脱硫催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中活化剂为水蒸气或二氧化碳。5.根据权利要求1-4任一所述的高导热性炭基脱硫催化剂，其特征在于：所述催化剂活性组分为硝酸铈、硝酸锰、硝酸镍或硝酸铁中的至少一种。6.根据权利要求1-4任一所述的高导热性炭基脱硫催化剂，其特征在于：所述粘接剂为煤焦油、黏土或环氧树脂中的任一种。7.一种如权利要求1-6任一所述的高导热性炭基脱硫催化剂的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李月丽，岑望来，李刚，殷实，刘敏，尹华强，杨忠强，郭益江，
申请(专利权)人：成都中祥天宇环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51