[发明专利]一种高炉煤气脱硫催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高炉煤气脱硫催化剂及其制备方法和应用。本发明中的脱硫催化剂由活性炭载体、活性组分和助催化剂组成，活性组分为氧化锌、氧化铁、氧化锰、氧化铜中的一种或几种组合，助催化剂为碱金属或碱土金属氧化物。其制备方法包括以下步骤：（1）活性炭载体进行官能团和表面酸碱性改性处理；（2）配制活性组分溶液，采用浸渍法在改性活性炭载体上负载活性组分，干燥，焙烧；（3）配制助催化剂组分溶液，采用浸渍法在改性活性炭载体上负载助催化剂组分，干燥，焙烧制得脱硫催化剂。该催化剂用于脱除高炉煤气中的硫化物，降低硫化物浓度至20mg/Nm³以下，饱和硫容大于20%，而且多次再生后仍具有较高的活性，可大幅降低煤气脱硫成本。

技术领域

本发明涉及一种高炉煤气脱硫催化剂及其制备方法和应用，尤其适用于高炉煤气脱硫净化作为工业燃气的生产过程，也可用于煤、生物质、有机含碳废弃物气化煤气的脱硫净化过程，属于节能环保领域。

背景技术

炼铁高炉在生产过程中产生大量高炉煤气，据估算，每冶炼1吨铁可产生高炉煤气约1400m³～1800m³。高炉煤气主要成分为二氧化碳（6-15%）、一氧化碳（28-35%）、氢气（2-8%）、氮气（55-60%）、烃类（0.2-0.5%）及少量的硫化物（100-300PPm），热值3000-4000KJ/Nm3，出炉温度120-160℃。高炉煤气作为炼铁过程产生的二次能源，一般作为燃料气送往高炉热风炉、轧钢加热炉、焙烧炉、煤气发电等用户单元作为燃料使用，燃烧烟气中SO₂含量可达100-500mg/m³以上，无法达到国家超低排放建议的50mg/m³(热风炉、加热炉及焙烧等工序)和35mg/m³(锅炉及燃气轮机)。高炉煤气脱硫净化是国家重点推动的环保减排行业。由于高炉煤气用气点分散，用户多，如采用燃烧后烟气脱硫净化，为了达到环保要求，需建设多套脱硫设施，投资较大，运行成本高。因此，采用煤气脱硫的前端集中处理方式，可以极大地降低投资和运行成本。

高炉煤气总硫含量多在80-250mg/Nm³之间。其中，有机硫多以羰基硫（COS）为主，占比约70%；无机硫以硫化氢（H₂S）为主，占比约30%。由于COS直接脱除难度大，可先将COS水解转化为H₂S，再进行进一步脱除。采用湿法脱硫方法可脱除煤气中的大部分硫化物，但由于大量喷碱和喷水循环洗涤，不但降低煤气热值，还产生了大量高盐含硫废水，需进行进一步净化处理。中国专利CN209702678U公开了一种高炉煤气干法脱硫装置，高炉产生的热煤气经降温处理后，进入常温干式脱硫塔脱除煤气中硫化物。中国专利CN110142045A公开了一种用于高炉煤气脱硫的催化剂及其制备方法，该催化剂以γ-Al2O3载体、氧化锌和氧化铁为活性组分，再添加助催化剂氧化铜、氧化镍、氧化铈，可在160-250℃范围内脱除高炉煤气中硫化物。中国专利CN102500362A公开了一种催化氧化脱除煤气中H₂S的催化剂及制法和应用，制备了一种负载过渡金属氧化物的活性炭脱硫催化剂，可在150-250℃范围内脱除煤气中硫化氢，具有硫容高、脱硫效率高、可再生利用的特点。但是由于高炉煤气的出炉温度一般为90-150℃，现有脱硫方法的操作温度区间与高炉煤气温度不匹配，而对升降温操作必然造成巨大能量损失，增加系统能耗和操作成本，降低企业的经济效益。

发明内容

本发明针对高炉出炉煤气的温度在90-150℃范围内的特点，开发了一种适用于此温度窗口的高炉煤气脱硫催化剂，该脱硫剂具有硫容高、脱硫精度高、可再生循环利用的特点，有利于简化脱硫工艺流程，减少设备投资，降低运行成本，提高脱硫过程的经济性。本发明还提供了该高炉煤气脱硫催化剂的制备方法和应用，解决了高炉煤气燃烧烟气中污染物超标排放的技术难题。