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

本发明专利技术公开了一种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，属于克劳斯尾气催化剂技术领域。其技术方案为：所述催化剂的载体为TiO2纳米颗粒，活性组分为Fe、Co、Ce和Cu中的一种或几种。本发明专利技术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，可实现尾气中污染物组分的低温高效催化氧化。组分的低温高效催化氧化。组分的低温高效催化氧化。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及克劳斯尾气催化剂
，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。

技术介绍

[0002]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(H2S、COS等)以及一定量的CO、H2燃烧为SO2、CO2以及H2O等，随后再通过吸收塔，脱硫后排放。热力焚烧需要高温(600
‑
1000℃)，通常加入甲烷等可燃组分作为燃料，不仅成本高、能耗高，还会增加CO2的排放。催化氧化法适用于处理废气中可燃成分浓度低的情况，与热力焚烧法相比，催化氧化反应温度低、处理效率高且节约能源，在成本方面具有显著的优势。在克劳斯尾气组成中，CO最难氧化，H2次之，COS和H2S等含硫组分相对较易氧化。目前室温下即可实现CO完全氧化，但常规的氧化催化剂往往对含硫组分十分敏感，微量的硫化物就能导致催化剂中毒失活。因此，实现克劳斯尾气低温催化氧化的关键，在于抗硫的高效氧化催化剂的开发。
[0003]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。
[0004]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，CeO2为载体，Co为助催化剂，Ag为活性组分。该催化剂可以在较低温度窗口内(200
‑
500℃)，实现NO和CO的同时催化消除。该专利同样未涉及反应气氛中存在硫化物的问题。
[0005]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CeO2，所述载体包括AC和Al2O3；所述外层组分包括MoO3‑
Al2O3涂层。该催化剂可在140℃下实现含100ppm SO2的CO气体完全转化。该专利反应气氛中虽存在硫化物，但其所涉及浓度较低，难以适用于高含硫的Claus尾气。
[0006]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
‑
TiO2为载体，Au为活性组分。该催化剂可以在低温下(150
‑
200℃)高效氧化(>98.1％)含硫尾气，但其活性组分为贵金属，高昂的价格限制了其工业应用的可能性。此外，该催化剂合成过程中需使用大量有机溶液(正庚烷及乙酸)作为溶剂，可能会造成新的环境污染。

技术实现思路

[0007]本专利技术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。
[0008]本专利技术的技术方案为：
[0009]一方面，本专利技术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TiO2纳米颗粒，活性组分为Fe、Co、Ce和Cu中的一种或几种。
[0010]优选地，所述活性组分的负载量为载体质量的1
‑
10wt％。
[0011]另一方面，本专利技术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，TiO2纳米颗粒采用水热法合成，随后通过真空浸渍法在载体上负载活性组分。
[0012]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，本专利技术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。
[0013]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：
[0014]S1将去离子水加入到钛酸四丁酯中，搅拌；
[0015]S2将步骤S1所得溶液于150
‑
250℃下反应12
‑
36h；
[0016]S3将步骤S2所得水溶液离心、洗涤后，干燥制得粉末状的TiO2纳米颗粒；
[0017]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TiO2纳米颗粒，搅拌；
[0018]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；
[0019]S6将步骤S5所得粉末置于马弗炉内焙烧，即得催化剂。
[0020]优选地，步骤S1中，搅拌速率为200
‑
500r/min，搅拌时间为0.5
‑
5h。
[0021]优选地，步骤S3中，干燥温度为100
‑
200℃，干燥时间为8
‑
24h。
[0022]优选地，步骤S4中，搅拌时间为0.5
‑
5h。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0026]1.本专利技术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。
[0027]2.本专利技术的催化剂所用原材料选取过渡金属，成本低廉。
[0028]3.本专利技术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
[0029]图1为评价例1中不同催化剂上的一氧化碳转化率。
[0030]图2为评价例1中不同催化剂上的氢气转化率。
[0031]图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化的催化剂，其特征在于，所述催化剂的载体为TiO2纳米颗粒，活性组分为Fe、Co、Ce和Cu中的一种或几种。2.如权利要求1所述的用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化的催化剂，其特征在于，所述活性组分的负载量为载体质量的1
‑
10wt％。3.如权利要求1或2所述的用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化的催化剂的制备方法，其特征在于，所述TiO2纳米颗粒采用水热法合成，随后通过真空浸渍法在载体上负载活性组分。4.如权利要求3所述的用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化的催化剂的制备方法，其特征在于，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TiO2纳米颗粒；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TiO2纳米颗粒，搅拌；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。5.如权利要求4所述的用于克劳斯工艺尾气低温催化氧化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝郑平，魏征，张凤莲，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
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