[发明专利]一种镁铝尖晶石催化剂及其在脱硫领域的应用

说明书

本发明公开了一种镁铝尖晶石催化剂及其在脱硫领域的应用。该催化剂以有机溶剂为氧供体及溶剂，采用水热法合成镁铝尖晶石前驱体，再通过高温焙烧获得镁铝尖晶石催化剂。在焙烧过程中，前驱体中的有机组分发生燃烧并以气体形式排出，降低了合成温度，使所合成的催化剂有合适的孔径分布及较大的比表面积。本发明首次将镁铝尖晶石应用在硫化氢（H₂S）选择性氧化领域及羰基硫（COS）氧化领域。在较低的反应温度下，制得的镁铝尖晶石催化剂在H₂S选择性氧化反应中具有较高的H₂S转化率和产物硫选择性。并且该催化剂有较好的COS一步脱除能力，催化剂稳定性高。

技术领域

本发明涉及一种镁铝尖晶石的制备方法及其脱硫性能的研究，具体涉及一种H₂S选择性氧化、COS氧化双功能催化剂及其制备方法。

背景技术

在石油化工、煤化工和天然气化工等化工生产过程中，会产生大量的无机硫气体(以H₂S为主)和有机硫气体(以COS为主)，含硫气体的排放不仅严重污染环境，还会对人体健康造成很大的危害。此外，无论是气体形式还是溶液形式，工业气源中的硫化物，对管道和生产设施都具有极强的腐蚀性。由于保护环境的需求，含硫气体排入大气前必须进行处理。

Claus工艺从含硫气体中回收硫元素，是目前应用最广泛脱硫的技术。然而，由于热力学的限制，尾气中仍含有3～5％的H₂S未被完全脱除。针对这一问题，一种可以理论上100％选择性氧化H₂S成单质硫的技术成为研究的热点。其中涉及的反应方程式如下(平衡式1是主要反应，平衡式2和3是副反应)：

H₂S选择性催化氧化，反应不受热力学平衡限制，过程简单，装置建设及操作费用低。并且该反应是放热反应，能耗低。上述特点表明H₂S选择性氧化为硫单质具有良好的应用前景。氧化铝(Al₂O₃)资源丰富，稳定，无毒，表面有丰富的酸性位点，在H₂S选择性氧化领域取得了一定的进展。但是其催化活性常常不尽人意。氧化铁(Fe₂O₃)具有较高的氧化活性，是工业应用最广泛的H₂S选择性氧化催化剂，但是由于需要过量氧，其硫选择性很低。因此，研制一种高效高选择性的催化剂成为研究重点。

水解法是目前脱除COS最有效的方法之一。先通过水解反应，将COS水解为较容易脱除的H₂S气体，然后再通过脱硫剂脱除生成的H₂S。这需要一系列工艺相组合，由于需要后续脱除H₂S，设备投资和操作费用相对较高。此外，该工艺高耗水高排污水也限制了在煤化工的进一步应用。基于此，我们在无水的条件下，直接催化氧化COS为单质硫，实现COS的一步脱除。

镁铝尖晶石兼备MgO、Al₂O₃两种金属氧化物的优点，并且具备两种氧化物未具备的新优点，如高热稳定性，高抗水合能力，同时具有酸性和碱性两种活性中心，性质稳定，不易烧结，比表面积大，暴露的活性位点多，是一种极具潜力的H₂S选择性氧化和COS一步氧化催化剂，但目前镁铝尖晶石在该领域的应用还未见报道研究。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新的镁铝尖晶石的制备方法及其在脱硫领域的应用，解决现有技术中H₂S选择性氧化催化剂活性低、选择性和稳定性差等问题，同时解决现有COS脱除工艺繁琐等不足。制备得到的镁铝尖晶石催化剂在较低温度下一步氧化脱除COS，同时在选择性催化氧化H₂S方面具有较高的催化活性和选择性。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：