一种用于沼气脱硫的催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及气体净化技术领域，尤其涉及一种用于沼气脱硫的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括以下重量百分比的下述组份：0.5％

【技术实现步骤摘要】
一种用于沼气脱硫的催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及气体净化
，具体涉及一种用于沼气脱硫的催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用产生的可燃性混合气体，由50％
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80％甲烷(CH4)、20％
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40％二氧化碳(CO2)、0％
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5％氮气(N2)、小于1％的氢气(H2)、小于0.4％的氧气(O2)与0.1％
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3％硫化氢(H2S)等气体组成。其中，沼气中H2S的浓度受发酵原料或发酵工艺的影响，其含量变化很大，一般在沼气含量中占0.1％
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3％，但这一数值已经超出了国家标准。随着经济的发展和人们环保观念的日益增强，沼气的H2S脱除工艺受到人们越来越多的重视。
[0003]络合铁脱硫技术是一种以碱性络合铁溶液为吸收剂的湿式氧化脱硫工艺，它以铁为催化剂，通过湿式氧化还原脱除硫化物，具有工艺简单、吸收剂无毒等特点，能够在液相中将H2S气体转变成元素S，H2S的脱除率可达99％以上。络合铁脱硫技术是一种环保无毒的脱硫技术，克服了传统脱硫工艺硫容量低、脱硫工艺复杂、副盐生成率高、环境污染等弊端，硫磺回收率达到99.99％，净化后的尾气焚烧后，烟气二氧化硫含量降低到20mg/Nm3，可满足不断提升的环保要求。然而络合铁脱硫技术虽然已成熟，但在沼气脱硫领域中，由于络合铁催化剂本身呈碱性，能够吸收沼气中的CO2，使沼气中的CO2溶解在脱硫溶液中，进而形成碳酸钠和碳酸氢钠等碳酸盐和碳酸氢盐(以下简称为碳盐)，而碳盐的形成会导致脱硫溶液的pH降低，从而影响脱硫溶液的碱度稳定性。而脱硫溶液pH降低会导致脱硫溶液不能继续吸收沼气中的H2S，导致H2S的吸收效率降低。现有技术中为保持脱硫溶液的碱度稳定性，需要额外添加碱源以调解脱硫溶液的pH，从而增大了脱硫成本。
[0004]因此，抑制沼气中CO2的溶解对于络合铁脱硫技术在沼气脱硫领域的应用势在必行。

技术实现思路

[0005]针对以上技术问题，本专利技术提供一种用于沼气脱硫的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂通表面活性剂、有机络合剂和消泡剂三者的协同作用改变了催化剂溶液的表面张力，从而抑制了催化剂溶液对CO2的吸收，抑制效果高达99％以上。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种用于沼气脱硫的催化剂，包括以下重量百分比的下述组份：0.5％
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5％的表面活性剂、10％
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30％的有机络合剂、0.1％
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2％的消泡剂、10％
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40％的硫酸亚铁、1％
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5％的NaOH、0.1％
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2％的杀菌剂、0.1％
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2％的缓蚀剂和20％
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60％的去离子水。
[0008]本专利技术通过上述催化剂中添加的表面活性剂、有机络合剂和消泡剂的协同作用降低了催化剂溶液的表面张力，从而抑制了催化剂溶液对CO2的吸收，抑制效果高达99％以
上。抑制CO2溶解于催化剂溶液，则能够抑制催化剂溶液中碳盐的增加，进而起到抑盐、降耗的作用，同时还提高了H2S的吸收效率，解决了络合铁脱硫技术在沼气脱硫中的弊端。该催化剂的稳定性好，可循环使用。
[0009]本专利技术催化剂中的有机络合剂、表面催化剂与消泡剂通过协同作用而抑制催化剂溶液对CO2的吸收进而抑盐、降耗的主要原理为：有机络合剂有很强的络合作用，能够与催化剂溶液中的铁离子形成络合铁，从而抑制铁离子发生各种副反应或吸收其他杂质而产生沉淀，减少了铁离子的损失，使得铁离子在催化剂溶液中更好地发挥特异性吸收H2S的作用，并快速的将H2S转化成悬浮硫。然后，表面活性剂的亲水基团使其物理吸附在悬浮硫的表面，疏水基团在催化剂溶液中形成一层斥水的屏障覆盖在悬浮硫表面，从而使表面活性剂在悬浮硫表面形成吸附膜。接着，消泡剂渗透进入吸附膜中，降低了吸附膜的表面张力，使得吸附膜破裂且均匀地分布在催化剂溶液中，进而形成了隔绝屏障，抑制CO2溶解在催化剂溶液中而生成碳盐，从而抑制催化剂溶液中碳盐的增加。
[0010]由于催化剂溶液中CO2的溶解极大的降低，避免了CO2溶解在催化剂溶液中形成碳酸钠和碳酸氢钠等碳盐，进而避免弱酸性的碳酸氢钠降低催化剂溶液的pH值，使得催化剂溶液的碱度和pH保持稳定，解决了现有技术中络合铁催化剂因pH降低而影响H2S吸收效率的问题，且无需额外添加碱源以保持催化剂溶液的pH，降低了脱硫成本，达到了抑盐降耗的效果。
[0011]优选地，所述表面活性剂由阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂组成。
[0012]优选地，所述阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠或α
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烯烃磺酸钠中的任意一种或两种。
[0013]本专利技术的表面活性剂中，十二烷基苯磺酸钠与α
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烯烃磺酸钠的亲水基团物理吸附在悬浮硫的表面，疏水基团形成一层斥水的屏障覆盖在悬浮硫表面，从而在悬浮硫表面形成吸附膜。
[0014]优选地，所述非离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚中的任意一种或两种。
[0015]本专利技术的脂肪醇聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚的分子结构均为中长短不一的柔性分子链，它们可多角度地浸润在悬浮硫和气泡之间，使得悬浮硫与气泡间的表面张力降低，加速悬浮硫的絮凝沉降，进一步加快铁络合剂对H2S气体的吸收和反应。并且，悬浮硫的快速絮凝沉降为新形成的悬浮硫的形成提供了空间，使得该催化剂溶液作为吸收系统更加稳定。
[0016]优选地，所述表面活性剂包括以下重量百分比的下述组份：15％
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20％的十二烷基苯磺酸钠、25％
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35％的α
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烯烃磺酸钠、30％
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35％的脂肪醇聚氧乙烯醚和15％
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25％的壬基酚聚氧乙烯醚。
[0017]本专利技术通过上述配比的十二烷基苯磺酸钠、α
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烯烃磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚复配得到表面活性剂，其中，十二烷基苯磺酸钠与α
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烯烃磺酸钠的亲水基团物理吸附在悬浮硫表面，疏水基团形成一层斥水的屏障覆盖在悬浮硫表面，从而在悬浮硫表面形成吸附膜。分散均匀的消泡剂渗透进入吸附膜中，以降低吸附膜的表面张力，使得吸附膜破裂且更均匀地分布在催化剂溶液中形成隔绝屏障，从而抑制CO2溶解在催化剂溶液中，进而抑制催化剂溶液中碳盐的增加。接着表面活性剂中具有长短不一的柔性分子
链的脂肪醇聚氧乙烯醚与壬基酚聚氧乙烯醚可多角度地浸润在悬浮硫和气泡间，使得悬浮硫与气泡间的表面张力降低，加速悬浮硫的絮凝沉降，从而为新形成的悬浮硫的提供了空间。
[0018]优选地，所述有机络合剂包括以下重量百分比的下述组份：75％
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85％的甲基甘氨酸二乙酸三钠盐和15％...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于沼气脱硫的催化剂，其特征在于，包括以下重量百分比的下述组份：0.5％
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5％的表面活性剂、10％
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30％的有机络合剂、0.1％
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2％的消泡剂、10％
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40％的硫酸亚铁、1％
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5％的NaOH、0.1％
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2％的杀菌剂、0.1％
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2％的缓蚀剂和20％
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60％的去离子水。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述表面活性剂由阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂组成。3.根据权利要求2所述的催化剂，其特征在于，所述阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠或α
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烯烃磺酸钠中的任意一种或两种；和/或所述非离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚中的任意一种或两种。4.根据权利要求2
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3任一项所述的催化剂，其特征在于，所述表面活性剂包括以下重量百分比的下述组份：15％
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20％的十二烷基苯磺酸钠、25％
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35％的α
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烯烃磺酸钠、30％
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35％的脂肪醇聚氧乙烯醚和15％

【专利技术属性】
技术研发人员：杜乾，赵全辉，蒋保赞，孔少康，孙洁浩，唐量，
申请(专利权)人：河北络合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：