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黄磷尾气催化理论研究——脱硫、脱磷催化剂制备及其反应动力学研究

任丙南

  生产黄磷的过程中,会产生大量的尾气(黄磷尾气),其主要成分是CO,含量高达85~95%,同时还有磷、硫、氟、砷、CO2、 H2、 N2、 CH4等杂质。黄磷尾气中高浓度的CO可以作为燃料和碳一化工原料,用来生产甲酸、草酸、苯乙酸、二甲基酰胺、碳酸二甲酯、甲醇、光气等化工产品。但是尾气中的磷、硫等杂质的存在严重影响了黄磷尾气作为碳一化工原料的有效利用。本论文针对黄磷尾气中存在的杂质H2S、PH3的净化问题,在实验室中以H2S、PH3为研究对象,进行了催化剂的制备研究,包括载体的选择、制备方法的确定、浸渍液的种类及浓度的确定,然后考察了催化剂催化氧化脱除H2S、PH3的影响因素以及催化剂脱除H2S、PH3的动力学研究。本论文研究的主要内容包括: (1) 催化剂载体的选择:(2) 催化剂制备方法的确定;(3) 催化剂选用浸渍法时,所选用的浸渍液的种类和浓度的确定:(4) 催化剂的制备;(5) 催化剂催化氧化脱除H2S、PH3的影响因素;(6) 催化剂脱除H2S、PH3的吸附平衡;(7) 催化剂脱除H2S、PH3的吸附热;(8) 催化剂脱除H2S、PH3的动力学研究。通过实验发现: 1) 通过对市场上销售的几种载体(不同厂家和规格的活性炭、活性氧化铝)进行选择实验,发现工业活性炭不仅吸附容量大,吸附效果好,而且价格低廉,容易购得,最终确定了以工业活性炭为制备催化剂的载体。2) 实验中经过比较确定采用浸渍法来制备催化剂,脱磷催化剂的浸渍液选择5%的盐酸(HCL)溶液,脱硫催化剂的浸渍液选择7%的碳酸钠(NaCO3) 溶液。3) 温度对吸附剂所参与的催化氧化反应有很大的影响,低温有利于物理吸附的进行,随着温度的升高,化学吸附的作用越来越明显,而且是物理吸附与化学吸附共同作用。4) 随着反应温度的增加,物理吸附作用减弱,化学吸附作用增强。由于物理吸附是放热反应,化学吸附是吸热反应,催化氧化存在一个最佳的反应温度,在这个最佳的吸附温度下,吸附容量最大。5) 脱H2S催化剂催化氧化脱除H2S的过程中,随着空速的增加,催化剂的吸附容量下降。6) 脱H2S催化剂催化氧化脱除H2S的过程中,氧含量的增加可以提高催化剂的吸附容量,但氧含量增加到一定值后,对吸附容量的影响越来越小。7) Freundlich方程对硫化氢在脱硫化氢催化剂上的吸附平衡实验数据拟合的很好。从20℃上升到70℃,物理吸附占昆明理工大学硕士学位论文黄碑尾气催化理论研究一脱硫、脱礴催化剂制各及其动力学研究主要因素,所以符合物理吸附随着温度的增加而吸附容t降低。温度再升高,化学吸附渐渐的开始占优势,吸附容t又开始增加.8)在20℃、50℃、70℃的温度下,实验中在吸附容量分别为150m创m3、加0 mg/m3、250 mg/m3时催化剂吸·附硫化氢的吸附热分别为13.ZKJ/mol、13.6 KJ/mol、14;2’KJ/mol,都在8~25KJ/mo1,说明在这三个温度下发生的吸附作用中物理吸附发挥很明显的作用,所以在低温条件下吸附容易达到平衡(和实验基本一致),而催化反应一般都在比较高的温度下发生,所以物理吸附在催化反应过程中起的作用相当徽小。9)脱PH3催化剂在没有加氧的条件下,反应所发生的仅仅是物理吸附;在加氧(氧含t为1%)的条件下,吸附t远远大于没有加氧的条件,而且70℃时的吸附净化效果最好,远远大于20℃和90℃时的情况.10)随着反应中PH3空速的增加,由于随着流量的增加,PHs气体流t也随之增加,因此缩短了PH3分子在催化剂床层中的停留时间,吸附容量便随着减小.11) 0.5%的氧含t下脱PH3催化剂的吸附容量要远远小于其它三个浓度的氧含t下的吸附容t,而从1%增加到2%的情况下,脱PH3催化剂的吸附容t变化不是太大。随着氧含t的增加,脱PH3催化剂的吸附容t要增加,但氧含t增加到1%以后,吸附容t的变化不是太大,氧含量对催化氧化脱除PH3的影响也越来越小.12) Freundlich方程对PH3在脱PH3催化剂上的吸附平衡实验数据拟合的很好.随着温度升高,脱PH3催化剂的活化能大大降低,强化了吸附的效果,脱P场催化剂对.P场有很好的吸附效果.13)脱PH3催化剂脱除P玩的过程中化学吸附发挥明显的作用,在吸附容t为5m眺时脱PH3催化剂脱除P场吸附热小于40KJ/m。1,可以看出物理吸附还在起一定作用,随着吸附量的增加,可以看出发生的吸附作用中化学吸附逐渐发挥很明显的作用。本论文针对黄磷尾气的特性,以及黄磷尾气中存在的杂质场S、PH3的净化问题,在实验中运用催化氧化法有效的脱除了HZS、PH3。为黄磷尾气的净化技术提供了一个新的思路和技术,可以减少黄磷厂的磷、硫的有害物质的排放,使的黄磷尾气中的一氧化碳变废为宝,可以促进一碳化工的发展,增强磷化工企业的竞争能力.本论文有重要的科学意义和广阔的应用前景,更有良好的环境、经济及社会效益.……   
[关键词]:黄磷尾气;净化;磷化氢;硫化氢;催化剂
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:昆明理工大学2004年