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如何避免催化燃烧处理有机废气中催化剂中毒?

发表时间:2022-02-19 22:57作者:科源

处理有机废气的方法有吸收、吸附、冷凝、生物 降解 、直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧等 ,如何选用取决于有机污染物的性质、浓度、净化要求和经济性等因素。

催化燃烧法处理可燃废气广泛用于石油化工、农药、化学试剂、印刷、油漆喷涂、电线加工等工厂和 汽车尾气处理,废气组分包括烷烃、芳烃、烯烃和碳氢氧化合物等。

本文对蜂窝状Pt、Pd、Ce多组分催化剂上乙醇、环己烷和苯的氧化性能及水蒸气对催化剂活性的影响,探讨了如何防止由硫化氢和甲硫醇引起的催化 剂 中毒 。

乙醇、环 己烷和苯的催化燃烧性能

烷烃、芳烃和碳氢氧化台物常见于各种工业有机废气 中,本试验分别考察了乙醇、环己烷和苯在所选用的催化剂上的转化率与反应器E1温度的关系,比较了这3种有机物氧化的难易程度。

反应器入口温度的影响 用3种分别含乙醇、环己烷和苯的气体,在空速均为40000h、有机物体积分数均为500×10的条件下,考察反应器入口温度对有机物转化率的影响,试验结果见图l。,有机化合物转化率与反应器入口温度 关系曲线呈“s”形;入口温度低于某一温度.转化率接近于零 {随入 口温度提 高,转化率上升,当入 VI 温度高于某温度时,转化率接~1oo%。上述温度范 围的数值,因物质而异。

在本试验条件下,乙醇、苯和环己烷在反应器入口温度分别约高于175℃、200℃和250'C时,转化率均达到95%以上 。比较图1中 3种 有 机物 的 转 化率 ,可以看出易于氧化的次序为乙醇>苯>环己烷 。但分析反应器出口废气的组成后发现,在乙醇催化燃烧尾气中含有 氧化的中间产物乙醛和乙酸,而在苯和环 己烷的燃烧尾气中,没有发现中间产物。图1画出了乙醇的完全氧化率曲线。对比3种有机物的完全氧化率曲线可见,在反应器入口度低于230℃时,易于完全氧化的次序为苯>环己烷>乙醇

水蒸气对催化剂活性的影响

采用催化燃烧法处理有机废气,废气 中的水蒸 气有可能竞争吸附在催化剂表面的活性 位上,降低 催化剂对有机化合物氧化的活性 为此 ,我们研究了 废气中水蒸气的含量对环己烷催化燃烧去除率的影响,试验结果见图2

图2显示,反应器入口温度为220℃时,随着废 中水蒸气体积分数从1增大到50,环己烷转化率由94降低到35 ,这说明水蒸气显著影响催化剂活性;将反应器温度提高到250℃时,水蒸气体 积分数从1%增大到5o ,环己烷转化率仅由95%降低到90%,这说明提高反应器入口度有利于消除水蒸气的影响。此外.降低空速也可以部分消除水蒸气的影响,如在反应器入口温度250℃、水蒸气体积分数20%、环己烷体积分数440×10-6、空速60000h 的条件下,环己烷转化率为76%;如果将空速降低到40000h一.其他条件不变,环己烷转化率可提高到8l%。

催化剂的硫化氢 、甲硫醇中毒

众所周知,采用Pt/Al2O3系列催化燃烧催化剂.在高温下使用会导致催化剂烧结失活;废气中含有某些金属及其化合物会造成催化剂永久性中毒;废气中含有卤素,卤化物及硫化物会使催化剂暂时性中毒。而在许多石油化工有机废气中,硫化物是常见的组分如炼油厂污水场隔油池废气、碱渣储罐排放废气,氧化沥青尾气中均含有有机或无机硫化物。因此.防止催化剂的硫化物中毒十分必要。提高反应温度是常用的防范措施,此外还有使用预脱硫剂等,本文着重介绍后者。

由日本JICA提供的片状FS脱硫剂是一种高温脱硫剂,可与催化燃烧催化剂同床安装。为评价其脱硫性能,将反应器中的催化燃烧催化剂取出,装入FS脱硫剂 ,在空速15000h、温度分别为250℃和300℃的条件下试验,评价FS脱硫剂脱除硫化氢的能力。

表1说明,无论是在250℃,还是在300℃,无论是在硫化氢体积分数50×10-6左右,还是在100×10-6左右,FS脱硫剂均表现出很好的脱硫能力,硫化氢去除率高达95 %以上,而对苯的去除率很低。

此外,从反应器出口气体中SO2体积分数与入口气体中H2S体积分数的比较来看,FS脱硫剂可能具有氧化和吸附双重功能,而吸附就有饱和问题。因此,我们进一步考察了较长时间连续运转条件下FS脱硫剂的性能。试验中,反应器下装填FS脱硫剂,上部装填TC79—2H催化燃烧催化剂,气体自下而上通过反应器,对FS脱硫剂的空速为l5000h.对TC79—2H催化燃烧催化剂的空速为40000h-1。试验结果见表2。在试验初期,反应器入口温度为250℃,H2S去除率为100%,苯的去除率也为100%。运转8h后,FS脱硫剂脱硫率下降,出口H2S体积分数上升到约3×10~,而苯的去除率降至零。这表明,在反应器入口温度为250℃时,微量H2S就会使催化燃烧催化剂中毒。

随后,将反应器入口温度提高到300℃.继续运行至100多小时。可以看出,反应器出口H2S体积分数始终为零,苯的去除率保持在98%以上。这说明,提高反应器温度,脱硫剂可以在较长时间保持很高的H2S去除率,能防止H2S使 催化燃烧 催化剂中毒。由表2可见,出口气体中SO2的体积分数在10×10-6左右。从苯的去除效果来看,SO2基本不影响催化燃烧催化剂的活性。

结论

(1) 蜂窝状Pt、Pd、Ce多组分催化剂,对乙醇、环己烷、苯的氧化具有较高的催化活性。在反应器入口温度低于230℃时,上述物质易于完全氧化的次序为苯>环己烷>乙醇

(2) 废气中含有的大量水蒸气会降低催化剂对有机物的催化氧化活性,但随着反应器入口温度升高,水蒸气的影响减弱。当反应器入口温度为250℃ 时,水蒸气体积分数由1%增大到50%,环己烷氧化率仅由95%降低到90%,影响已很小。

(3) FS脱硫剂对H2S、甲硫醇具有较好的脱除能力。将FS脱硫剂装填在催化剂床层前,在较高温度下,可消除H2S导致的催化燃烧催化剂中毒现象。在反应器入口温度300℃的条件下,FS脱硫剂和 TC79—2H催化燃烧催化剂复合床层可较长时间连续运行,并保持很高的H2S和苯的去除率。


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