一种利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法及金属催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法及金属催化剂的制备方法，将包含N2O和叔丁醇、氦气的工业模拟己内酰胺尾气以60～120ml/min的气速通入装载所述金属催化剂的固定床反应器中，在反应温度为300至600℃、常压下进行催化反应。不仅实现了在相对低温下高效稳定地脱除己内酰胺尾气中N2O的目的，而且解决了目前现有技术中己内酰胺多组分尾气中N2O和叔丁醇无法一次性去除的问题，从而缩减废气处理成本。从而缩减废气处理成本。从而缩减废气处理成本。

【技术实现步骤摘要】
一种利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法及金属催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及化学化工及催化剂领域，具体涉及利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法。

技术介绍

[0002]N2O，俗称笑气，是六种温室气体中的一种，其温室效应潜值(GWP)是CO2的310倍，是CH4的21倍。N2O是平流层中氮氧化物的来源，主要危害是破坏臭氧层，形成臭氧层空洞，在紫外线的作用下也会成为光化学烟雾的组成部分。大气中的N2O主要来自工业生产排放的废气，例如己内酰胺的生产工艺的排放尾气中含有大量的N2O，同时伴有少量叔丁醇的生成。而叔丁醇是一种挥发性有机物，对大气环境污染同样造成重要压力。
[0003]目前针对己内酰胺尾气处理而言，国内还没有一套成熟的处理工艺，问题主要集中于：首先，在现有技术用于己内酰胺尾气的处理方法中，通常只涉及N2O的去除，没有涉及其他污染物如叔丁醇的脱除，额外增加脱叔丁醇装置导致己内酰胺尾气的整套处理装置成本过高，工艺流程长，处理过程中可能产生二次污染。例如专利CN106552479B公开了一种处理己内酰胺尾气的方法，包括以下步骤：(1)将己内酰胺尾气和吸收液输送至吸收设备内，进行逆流吸收；(2)在吸收设备内，NOx和SOx被吸收液循环吸收，尾气经除雾后输送至吸附设备；(3)尾气经吸附设备吸附后，净化气直接排放；(4)吸附设备经真空泵解吸产生的高浓度NOx和SOx解吸气与臭氧发生器产生的臭氧混合后，回流至吸收单元的气液输送设备，与待处理的己内酰胺尾气混合后进入吸收设备处理。该方法主要去除氮氧化物和硫氧化物，没有对其中的叔丁醇进行处理。并且，生产过程中要把解吸气和臭氧发生器中产生的臭氧混合。在使用过程中有泄漏臭氧产生危害的风险，同时这也不符合环保理念。因此，如何将己内酰胺的尾气多组分协同净化以减少对大气污染的影响，越来越成为环境保护领域的研究热点。
[0004]其次，N2O完全分解需要500
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900℃的高温，在这一条件下现有的催化剂很难保持活性和稳定性，使得无法达到要求的处理效果。因此，科学家们在不断探索改进制备方法，筛选出活性高、适合相对低温催化的金属催化剂。现有的催化剂例如非贵金属催化剂(Cu、Fe、Co)在某些介质中表现出良好的ORR活性(氧化还原反应，ORR越高，越容易发生氧化还原反应)和稳定性，具有很大的研究价值。通常，制备这类催化剂采用离子交换法。例如专利CN110681414B中所披露的，将金属负载到分子筛SSZ
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13上，然后再将样品进行硅烷化处理，在气相条件下形成SiO2膜，从而达到了水热稳定性高的目的。但这种方法带来的缺陷是负载到分子筛上的金属密度较低且不均匀，影响最终催化剂的活性和稳定性。
[0005]因此，现有的方法由于催化原理使得处理效果不佳，导致催化剂活性和稳定性都不高，如何提供一种新的、高效的协同处理己内酰胺尾气中多组分污染物的方法，成为亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法，不仅实现了在相对低温下高效稳定地脱除己内酰胺尾气中N2O的目的，而且解决了目前现有技术中己内酰胺多组分尾气例如N2O和叔丁醇无法一次性去除的问题，从而简化尾气净化工艺和缩减废气处理成本。
[0007]本专利技术提供一种利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法，将包含N2O和叔丁醇、氦气的工业模拟己内酰胺尾气以60～120ml/min的气速通入装载所述金属催化剂的固定床反应器中，在反应温度为300至600℃、常压下进行催化反应，其中，
[0008]所述金属催化剂由分子筛载体和金属活性组分组成，所述分子筛载体选自SSZ
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13、SPO
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34、SSZ
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16、SSZ
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17、Omega分子筛中的任意一种，所述金属活性组分选自Cu、Fe、Co中的任何一种或两种以上，所述金属活性组分的负载量占所述金属催化剂总质量的0.1～10％。
[0009]进一步地，所述工业模拟己内酰胺尾气中，所述氦气的含量占89.5％～94.9％(气速为56.94～107.4ml/min)，所述N2O的含量占5％～10％(气速为3～12ml/min)，所述叔丁醇的含量占0.1％～0.5％(气速为0.06～0.6ml/min)，基于所述己内酰胺尾气的总质量计。
[0010]进一步地，所述金属催化剂包括单金属催化剂，即在所述分子筛载体上负载单金属活性组分的催化剂，例如Cu
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SSZ
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13、Fe
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SSZ
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13、Co
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SSZ
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13、Co
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Omega、Co
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SSZ
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13、Co
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SSZ
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16；双金属催化剂，即在所述分子筛载体上负载双金属活性组分的催化剂，例如Co
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Cu
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SSZ
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13、Co
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Fe
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SSZ
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13、Fe
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Cu
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SSZ
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13；三金属催化剂，即在所述分子筛载体上负载三金属活性组分的催化剂，例如Co
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Cu
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Fe
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SSZ
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13。进一步地，所述金属催化剂优选为Co
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SSZ
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13、Co
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Fe
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SSZ
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13和Co
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Cu
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Fe
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SSZ
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13，更优选为Co
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Fe
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SSZ
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13。
[0011]通过本专利技术的催化剂评价实验可以证实，负载双金属活性组分的催化剂的活性和稳定性比负载三金属活性组分的催化剂好，这是由于负载金属种类过多，可能导致负载量过大而堵塞分子筛的孔道结构，进而导致催化活性变低。
[0012]进一步地，所述金属催化剂中，所述金属活性组分的负载浓度为0.25
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2％，优选为1％。
[0013]进一步地，本专利技术的利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法中，反应温度优选为400
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500℃。
[0014]在本专利技术的一个具体实施方案中，当所述金属催化剂为1％Co
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SSZ
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13时，在450
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500℃的反应温度下，N2O的转化率为89
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100％，叔丁醇的转化率为99
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100％。
[0015]在本专利技术的一个具体实施方案中，当所述金属催化剂为1％Co
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法，其特征在于，所述方法将包含N2O和叔丁醇、氦气的工业模拟己内酰胺尾气以60～120ml/min的气速通入装载所述金属催化剂的固定床反应器中，在反应温度为300至600℃、常压下进行催化反应，其中，所述金属催化剂由分子筛载体和金属活性组分组成，所述分子筛载体选自SSZ
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13、SPO
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34、SSZ
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16、SSZ
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17、Omega分子筛中的任意一种，所述金属活性组分选自Cu、Fe、Co中的任何一种或两种以上，所述金属活性组分的负载量占所述金属催化剂总质量的0.1～10％。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工业模拟己内酰胺尾气中，所述氦气的含量为89.5％～94.9％，所述N2O的含量为5％～10％，所述叔丁醇的含量为0.1％～0.5％，基于所述己内酰胺尾气的总质量计。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属催化剂包括单金属催化剂、双金属催化剂和三金属催化剂。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金属催化剂为Co
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SSZ
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13、Co
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Fe
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SSZ
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13、或Co
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Cu
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Fe
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SSZ
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13。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属催化剂中，所述金属活性组分的负载浓度为0.25
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2％。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述金属催化剂为1％Co
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1％Fe
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SSZ
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13时，在400
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450℃的反应温度下，N2O的转化率为93
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100％，叔丁醇的转化率为99
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100％。7.根据权利要求1至6任一项所述的利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法，其包括如下步骤：S1：打开固定床反应器评价装置面板，开启氢空发生器，并开启气相色谱GC；S2：将金属催化剂填充到固定床反应器中，在500℃以上使用氦气对催化剂做预处理，并吹扫杂质60
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100min，随后...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈标华，武蕊琦，刘宁，徐瑞年，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：