專利名稱：含碘活性炭催化劑及其用于消除與回收工業(yè)排氣中二氧化硫工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種含碘活性炭催化劑及利用這種催化劑將燃煤煙氣或其它排氣中的二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸加以回收工藝過程。從而達(dá)到消除煙氣對大氣污染。這種工藝過程，特別適用于煙氣中的二氧化硫含量較低的煙氣脫硫和凈化過程。
工業(yè)生產(chǎn)中，如硫酸廠、冶煉廠、電廠及化工廠等，排出的煙氣中常含有一定量的二氧化硫。這些工業(yè)廢氣，造成對大氣環(huán)境的嚴(yán)重污染。為了消除這種影響，通常采用催化氧化過程，將廢氣中的SO2氧化成硫酸進(jìn)行回收，同時消除了SO2對環(huán)境的污染。與本發(fā)明較為接近的技術(shù)是采用含碘活性炭作為催化劑的工藝過程。例如西德專利GB1，139，817提出活性炭加碘方法，用于回收煙氣中的SO2。但這種技術(shù)，催化劑制備及反應(yīng)操作過程都比較復(fù)雜，而且要采用連續(xù)收集高濃度硫酸方法來抑制碘離子的流失，其工藝過程又很難在一般工廠實現(xiàn)。英國專利BP1，090，306中，為減少碘流失，將吸附與再生過程分開，并要用氨水及清水依次洗滌再生以維持催化劑的活性。美國杜邦公司提出活性炭加碘化氫作催化劑處理硫酸廠尾氣的技術(shù)(Scholte，W.AIChE 67th Annual.Meeting Vo13 85B，1974)。該方法需要從再生的洗滌液中回收流失的碘化氫使之不斷補充到催化劑床層中，使活性炭中含碘在6%左右，以維持催化劑的活性。該技術(shù)碘流失較嚴(yán)重，循環(huán)補碘操作較為復(fù)雜。在這些公知技術(shù)中，所用的含碘活性炭中碘含量都比較高，并且使用過程中碘的流失比較嚴(yán)重。如何減少碘的流失，公知的方法中尚未有簡單可行的技術(shù)。此外，催化劑的穩(wěn)定性也不夠好，對含塵量較高的工業(yè)廢氣，例如，金屬冶煉廠，以煤為燃料電廠等排出含塵量較高的廢氣的凈化，因催化劑的中毒嚴(yán)重，而很難應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于，制備一種含碘量低、穩(wěn)定性高的活性炭催化劑及設(shè)計一種消除和回收煙氣中二氧化硫的工藝過程。此外，本發(fā)明的催化劑和方法，不但適用于無塵的硫酸廠或其它化工廠尾氣中SO2的治理，亦適用于脫塵后但其含塵量稍高(＜0.2克/立方米)的燃煤或其它含SO2的工廠的尾氣的凈化和SO2的回收。
本發(fā)明催化劑的含碘量(Wt%)為0.15-0.6%。所用的活性炭的物理性能為強(qiáng)度，大于90%;總孔容為0.60～0.75cc/g，表面積為550～750m2/g;堆比重，約為508～520g/l。活性炭上添加的活性組份可以是單質(zhì)碘或碘的化合物，例如KI、NaI、KIO3、NH4I等。
催化劑的制備方法是1、當(dāng)活性組份為碘時，可以用升華蒸薰法使碘吸附于活性炭上;
2、當(dāng)活性組份為含碘化合物時，可用其水或乙醇溶液進(jìn)行浸漬法加入含碘化合物、浸漬后用100～160℃熱空氣進(jìn)行干燥。
利用本發(fā)明的含碘活性炭催化劑進(jìn)行煙氣脫SO2的工藝，包括1、煙氣除塵;2、吸附氧化及水洗再生;3、回收硫酸的濃縮三個主要過程。具體工藝過程如下1、煙氣除塵除塵過程在除塵塔中進(jìn)行，可采用造價較低的濕法除塵方法或其它常用煙氣除塵方法。除塵后的煙氣含塵量要求低于0.2克/立方米;SO2的含量可在3000PPM以上，煙氣中含氧量以大于3%為宜，水汽含量宜在6～12%。對無需除塵、含氧量較高，水汽量較低煙氣，可用煙氣及蒸汽調(diào)溫調(diào)濕的尾氣，例如硫酸廠排出的尾氣，應(yīng)用本發(fā)明的方法回收SO2，尤為有利。
2、吸附氧化及水洗再生煙氣經(jīng)除塵處理，通過催化劑表面時，發(fā)生吸附氧化過程，SO2被吸附在活性炭表面，在碘或碘化物作用下氧化成硫酸。經(jīng)水洗脫附硫酸后對催化劑進(jìn)行再生以循環(huán)使用。吸附氧化過程在吸附塔內(nèi)進(jìn)行，吸附塔內(nèi)裝有含本發(fā)明催化劑的固定塔盤，塔盤數(shù)可一層或多層。吸附塔可采用單個吸附塔，吸附氧化與水洗再生交替進(jìn)行，但一般常采用多個吸附塔輪流切換連續(xù)進(jìn)行，即經(jīng)常有一個吸附塔在水洗再生，其余吸附塔處于不同飽和程序的吸附操作過程中。為充分消除SO2，本發(fā)明的工藝過程采用多個吸附塔，輪流切換操作，即一個吸附塔處于水洗再生，其余幾個吸附塔處于不同飽和程度的吸附過程中，煙氣在吸附塔中吸附氧化時保持煙氣溫度55～70℃。吸附塔中的催化劑，吸附一定量硫酸之后，就必須進(jìn)行水洗和對催化劑進(jìn)行再生以便使催化劑循環(huán)使用。本發(fā)明的水洗再生過程按下述方法進(jìn)行。
a、水洗再生之前，首先通入空氣，將床層中碘離子氧化為單質(zhì)碘;
b、從吸附塔頂采用不同濃度的稀硫酸，以至清水依次向催化劑床層噴淋進(jìn)行沖洗，最后將催化劑床層浸泡在水溶液中一定時間，進(jìn)一步洗出吸附在催化劑表面的硫酸，同時也將催化劑表面復(fù)蓋的粉塵排出;
c、經(jīng)洗滌后的濕潤催化劑床層要先通入蒸汽予熱至90～100℃，即可完成水洗再生過程;
d、活性組份補充，長期運轉(zhuǎn)后由于碘的流失而導(dǎo)致催化活性下降時，水洗再生過程后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行活性組份的補充。本發(fā)明的催化劑當(dāng)?shù)夂浚?.2%時，即需要進(jìn)行補充碘或碘化物。需要補充活性組份的吸附塔在水洗再生后，從催化劑床層上部補充計量的含碘化合物溶液，然后再切換到吸附過程通入煙氣，此塔的催化劑活性將逐步恢復(fù)到原有水平。
3、回收硫酸的濃縮吸附塔用不同濃度稀硫酸以至清水分五級洗滌可以得到20～30%的硫酸，對回收的稀硫酸可再按一般硫酸濃縮工藝進(jìn)行濃縮以得到所需濃度的濃硫酸。
實例1，催化劑的制備在催化劑床層上裝入活性炭，然后傾入計量的含碘化合物浸漬液，使活性炭全部潤濕而無過剩溶液，在床層下部通入溫度為100～200℃的熱空氣，在沸騰狀態(tài)下進(jìn)行攪拌及干燥，加熱時間1～10小時，空氣的線速為0.1～10米/秒，空氣量相當(dāng)于催化劑體積1000～20，000/小時。經(jīng)此處理得本發(fā)明的催化劑。
實例2，煙氣回收SO2工藝煙氣回收SO2的工藝過程示意圖如

圖1所示。其中1、除塵塔;2、3、4、5、吸收塔;6、濃縮塔。A為工廠排出尾氣;B為回收SO2后凈化尾氣;C為水洗再生過程稀酸或水噴入口;D為濃縮后的硫酸出口。煙氣經(jīng)除塵塔后得到含塵量小于0.2克/立方米，含氧量大于3%，水汽量6～12%的煙氣，煙氣溫度保持在55～75℃。吸附和水洗再生過程在四個吸收塔中進(jìn)行，其中吸收塔2～4正在吸附和氧化SO2過程，當(dāng)煙氣SO2的含量為0.3～0.4%時，可用400～500/小時空速，在三個吸附塔進(jìn)行18～20小時吸附氧化。吸附塔5正在水洗再生過程，首先吹入空氣氧化后便可開始用不同濃度的硫酸進(jìn)行噴淋，最后用清水浸泡催化劑。水洗再生過程進(jìn)行4小時。排出浸泡液稀硫酸后，對催化劑床層用水蒸汽進(jìn)行予熱至100℃，予熱后吸附塔再生完畢。四個吸附塔的吸附及水洗再生過程切換操作整個SO2回收過程連續(xù)進(jìn)行。
實例3，電廠煙氣SO2回收總?cè)萘?000m3/小時，用實例2所述的設(shè)備、過程和方法，催化劑約4.5m3，運轉(zhuǎn)1800小時，四個吸附塔各經(jīng)過約100次再生，催化劑不需要補充活性組份，兩次運行結(jié)果見表1。
表1、電廠煙氣中SO2的回收與凈化第一次 第二次煙氣中SO2濃度 PPM 3530 3860平均空速小時-1414 502平均SO2轉(zhuǎn)化率 % 95 91SO2吸附量克/100催化劑 13.3 15.4實例4、硫酸廠尾氣SO2回收處理尾氣量15，000M3/小時，運轉(zhuǎn)2000小時，催化劑用量及設(shè)備過程如實例2，3所述。二次運轉(zhuǎn)結(jié)果見表2。
表2，硫酸廠尾氣SO2的回收與凈化第一次 第二次尾氣中SO2濃度 PPm 3372 5971平均空速小時-1～450 ～450SO2轉(zhuǎn)化率 % 96.6 98.0SO2吸附量克/100克催化劑 20.2 19.權(quán)利要求
1.一種用于煙氣脫二氧化硫含碘活性炭催化劑，本發(fā)明的特征在于其活性炭是總孔容為0.60～0.75cc/g，表面積為550～750m2/g的活性炭，活性組份碘可以是單質(zhì)碘或碘化鉀、碘化鈉、碘化銨，碘酸鉀等含碘化合物，碘含量重量百分比為0.15～0.60%。
2.一種用于煙氣脫二氧化硫含碘活性炭催化劑的制備方法，其方法是1)活性組份為碘時，可以用升華蒸薰法使碘吸附于活性炭上;2)活性組份為含碘化合物時，可用其水或乙醇溶液進(jìn)行浸清法加入含碘化合物，浸清后用100～160℃熱空氣進(jìn)行干燥。
3.一種按權(quán)利要求1、2所述催化劑用于煙氣脫出二氧化硫的工藝，包括1、煙氣除塵;2、吸附氧化及再生;3、回收硫酸的濃縮三個主要過程，本發(fā)明的特點在于其吸附氧化是在多個吸附塔內(nèi)進(jìn)行，煙氣在吸附塔中吸附氧化時保持在煙氣溫度55～70℃下進(jìn)行。
4.按照權(quán)利要求3所述的工藝過程，其特征在于其再生過程通過用不同濃度的稀硫酸及水進(jìn)行沖洗，最后將催化劑床層浸泡在水溶液中一定時間。
5.按照權(quán)利要求3所述的再生過程，其特征在于再生前，催化劑首先通入空氣，將床層中碘離子氧化為單質(zhì)碘。
6.按照權(quán)利要求3、4所述的對催化進(jìn)行水洗再生過程，其特征是水洗再生后要通入蒸汽予熱至90～100℃，以完成再生過程。
7.按照權(quán)利要求3所述的再生過程，其特征是催化活性下降時，水洗再生過程后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行活性組份的補充，從催化劑床層上部補充計量的含碘化合物溶液。
全文摘要
一種含碘活性炭催化劑及其用于消除與回收煙氣中二氧化硫工藝包括除塵、吸附氧化與水洗再生及濃縮幾個主要過程。利用該方法，可有效的消除硫酸廠、冶煉廠、化工廠、電廠等排出尾氣對大氣的污染同時可回收濃度為20～30％的硫酸，該法特別適用煙氣中含塵量較大，含二氧化硫的量比較低的煙氣進(jìn)行凈化處理。
文檔編號B01J27/06GK1048173SQ8910511
公開日1991年1月2日 申請日期1989年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月23日
發(fā)明者陳國權(quán), 王作周, 楊永和, 黃祖賢, 李北蘆, 蔡光宇, 梁東白, 周智遠(yuǎn), 王清遐, 張小兵, 謝炳炎, 李時瑤, 熊德富, 徐麗英, 馮喜云, 楊力 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所