本发明涉及多相催化,特别是涉及含硫化合物液相氧化的催化剂,可应用于纸浆造纸、石油加工、煤气、制革以及其他工业部门用以清除气体喷出物和污水中的含硫化合物。 众所周知,含硫化合物液相氧化的催化剂含有煤灰和钴酞菁作为活性组分,以热塑性聚合物,尤其是聚乙烯作为载体,其组分比例[(重量)%]如下:
煤灰 40-50
钴酞菁 1-5
热塑性聚合物 余量
(SU,A,1154772)
这种公知的催化剂,无论在净化含有100毫克/升的硫化氢的污水时,或在再生用于清除工业气体中硫化氢的吸收液时,气体中硫化氢浓度高达0.5(体积)%,被氧化的溶液的pH不大于8.0,均具有较高的催化活性和硫的选择性。这就是说,在公知的催化剂存在的情况下氧化污水中100毫克/升硫化氢时,在10分钟内,每1毫克硫化氢供给50立方厘米空气,且在表压为0.3毫巴,温度为20℃以及pH为7.5、8.5和9.5的情况下,硫化氢的氧化程度相应为98.5、92.2以及96.7%。在上述条件下氧化1020毫克/升硫化氢时,其氧化程度相应降至96.8、97.2以及89.7%。在pH为7.5和8.5时,污水中110毫克/升硫化氢的完全氧化需12-15分钟,而pH为9.5时,则需23-25分钟。当污水中含有硫化氢为1020毫克/升时,在pH为7.5和8.5的情况下,其完全氧化需23-25分钟,而pH为9.5时,则需40-45分钟。
这种催化剂的缺点在于其成分中含有昂贵的活性组分钴酞菁,其浓度高达5(重量)%。故而,在实施净化污水去除含硫化合物的工业方法时应合理地采用较便宜的催化剂,同时它应具有大的或者相等的活性。
公知的含硫化合物液相氧化的催化剂也有含煤灰作为活性组分,以热塑性聚合物,如聚乙烯作为载体,其组分比例[(重量)%]如下:
煤灰 40-50
热塑性聚合物 余量
(SU,A,1057096)
所说的公知催化剂具有足够高的催化活性。这说是说,层状水中起始浓度为90-110毫克/升地硫化氢的完全氧化,在每1毫克硫化氢耗氧化剂(空气)为100立方厘米,温度为20℃以及压力为0.3毫巴下,需30分钟。
当实施采用该公知催化剂的工业方法时,必需设置大型工业构筑物,从而增加了投资费用和经营费用。
为了净化含有硫化氢的污水,尤其是硫化氢浓度和pH值范围宽的污水,需要高活性和多相的催化剂,它应当具有由相中一方面吸着氧,另一方面吸着含硫组分的能力,在其活化的同时,传递到催化剂的活化中心。
在这种情况下,催化剂应当保证在pH值和被氧化的含硫化合物及其混合物的成分的宽范围内均具有稳定且高的氧化总速度。
作为发明的基础,本发明的目的在于借助于活性组分的替代来获得一种使氧化过程增强的含硫化合物液相氧化的活性较大的催化剂。
本发明的目的是这样实现的:含硫化合物液相氧化的催化剂包含活性组分和热塑性聚合物,本发明包含以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物作为活性组分,其组分比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 30-50
热塑性聚合物 余量
所说的催化剂使含硫化合物的氧化过程加快到3-8倍。尤其是硫化氢的氧化,当其在污水中含量为1020毫克/升及pH为7-10.0时,在氧化时间为5-15分钟,每1毫克硫化氢提供50立方厘米空气的情况下,为98.5-99.0%。
所说的催化剂系用于起始浓度波动较大的含硫化合物的氧化过程,尤其当硫化氢达1020毫克/升时可保证其以短得多的氧化时间(不是20分钟,而是5分钟)完全氧化。所有这一切均显著地减少含硫污水和气体喷出物的大容量净化方法的投资与经营费用。
为了保持污水中总浓度达1020毫克/升的含硫化合物的液相氧化过程高度强化,如硫化氢和硫醇的混合物,以及使吸收液中的硫化氢高强度氧化,这种吸收液被用来回收工业气体中所含的达1.5(体积)%的硫化氢,在高的硫选择性下,最好采用一种催化剂,它本身附加含有钴酞菁,其组分比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 40-50
钴酞菁 0.5-1.0
热塑性聚合物 余量
在所说的催化剂中附加含有钴酞菁可增加催化剂几何表面上活化中心的数量,当氧同时活化达到离子基团O-2↑和↑O-1时,这些中心保证氧的化学吸着。该氧在空气耗量极小时,很容易使吸收液和污水中的硫化氢氧化。这说是说,每氧化1毫克硫化氢需10立方厘米氧化剂,而不是30立方厘米,减少了三分之二。这时,在溶液的pH为7时硫的选择性为99.6%,pH为9时其降低不大,达96.4%,pH为10时达95.5%。
为了净化呈气液混合物形态的气体喷出物,其本身含有高浓度硫化氢达3500毫克/立方米和硫醇达8100毫克/立方米,且为了保持高的净化度和含硫化合物的氧化过程的高度强化,最好采用一种催化剂,它本身附加含有氧化铜,其组分比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 30-40
氧化铜 3-7
热塑性聚合物 余量
催化剂成分中加入氧化铜可增大其多相性,以此大大地增加氧在催化剂表面上的化学吸着作用以及其同时活化和形成十分容易使气液混合物中所含的硫化氢和硫醇氧化的离子基团O-2和O-1。
所说的催化剂的制备系将热塑性聚合物与活性组分,即以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物一起混合,在聚合物的熔融温度下,接着成型。热塑性聚合物使催化剂的活性组分保持稳定,从而保证其在含硫化合物液相氧化过程中的高机械强度和水解稳定性。在操作过程中催化剂颗粒的机械磨损不会导致其活性降低,这些由于表面的更新以及位于聚合物物体内的新活性微粒的引入过程。
当加入到催化剂中的组分以一定数量比例存在时,所说的催化剂则呈现高的催化活性。减少催化剂中活性组分黄铁矿焙烧产物的含量低于30(重量)%,则会降低基催化活性,而其增加到大于50(重量)%,则会降低所得催化剂的机械强度,因此,这种催化剂就不适用。
所说的催化剂中所采用的以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物尤其含有以下组分,其比例[(重量)%]如下:
Fe2O381.00-85.0
FeO 4.00-5.0
SO33.6-3.8
CoO 1.30-1.5
Al2O32.70-2.9
SiO23.60-4.0
CaO 2.00-2.5
MgO 0.26-0.30
K2O 0.35-0.40
Na2O 0.29-0.35
以及微量元素[(重量)%]:
Ba 0.027-0.03
Pb 0.0060
Cr 0.0020
Mn 0.0076
Ni 0.0009
Zn 0.1000
La 0.0007
V 0.0035
所说的催化剂可含有诸如高压聚乙烯、聚丙烯作为热塑性聚合物。
以下将结合实施例对本发明作更详细的叙述。
实施例1
所说的含硫化合物液相氧化的催化剂由按如下比例[(重量)%]的组分组成:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 50
高压聚乙烯 余量
它的制备是将30克以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物与30克粒状高压聚乙烯混合。在聚乙烯的熔融温度110-130℃下,使上述混合物混合到均匀,然后成型成粒状或者用车床由条状催化剂车成屑状。
将所说的催化剂装入间歇运转的金属反应器中,反应器设有恒温调节套,其下部有分散板,为了控制工作压力还装有标准压力表。空气由瓶经减压阀供给,在反应器出口处用流量表进行计量。流经的气体通过控制硫化氢的吸收剂系统。
300毫升排放污水的成分:3克/升矿物盐类(NaCl和CaCl2),1020毫克/升硫化氢,pH=7。在30克含有如下组分的所说的催化剂存在下使污水氧化。
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 50(重量)%
高压聚乙烯 余量
氧化在静止状态中,室温下,压力为0.3毫巴,每1升被氧化污水供给10升空气的情况下进行5分钟。
为了评定催化活性,进行了用电位差计法测定净化水中硫化氢残余浓度的试验。
所得的试验结果列于下表。
实施例2
所说的含硫化合物液相氧化的催化剂由以下组分组成,其比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 45
高压聚乙烯 余量
其制备和试验与实施例1相似。其试验结果列于下表。
实施例3
所说的含硫化合物液相氧化的催化剂由以下组分组成,其比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 30
高压聚乙烯 余量
其制备和试验与实施例1相似。其试验结果列于下表。
实施例4
所说的含硫化合物液相氧化的催化剂由以下组分组成,其比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 40
钴酞菁 0.7
高压聚乙烯 余量
其制备和试验与实施例1相似。其试验结果列于下表。
实施例5
所说的含硫化合物液相氧化的催化剂由以下组分组成,其比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 45
钴酞菁 0.5
高压聚乙烯 余量
其制备和试验与实施例1相似。其试验结果列于下表。
实施例6
所说的含硫化合物液相氧化的催化剂由以下组分组成,其比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 45
钴酞菁 1
高压聚乙烯 余量
其制备和试验与实施例1相似。其试验结果列于下表。
实施例7
所说的含硫化合物液相氧化的催化剂由以下组分组成,其比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 35
氧化铜 3
高压聚乙烯 余量
其制备和试验与实施例1相似,其试验结果列于下表。
实施例8
所说的含硫化合物液相氧化的催化剂由以下组分组成,其比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 35
氧化铜 5
高压聚乙烯 余量
其制备和试验与实施例1相似。其试验结果列于下表。
实施例9
所说的含硫化合物液相氧化的催化剂由以下组分组成,其比例[(重量)%]如下:
以铁的氧化物为基的黄铁矿焙烧产物 35
氧化铜 7
高压聚乙烯 余量
其制备和试验与实施例1相似。其试验结果列于下表。
实施例 以氧化程度确定的 含硫化合物 硫选择性,%
催化剂活性,% 氧化时间,分钟
硫化氢 硫醇
1 2 3 4 5
1 65.6 - 5 -
2 68.1 - 5 -
3 45.6 - 5 -
4 99.1 98.8 5 97.1
5 99.8 99.7 5 99.0
6 99.4 98.7 5 99.1
7 99.6 99.1 3 -
8 100.0 100.0 3 -
9 100.0 99.8 3 -
公知的
SU,A,39.7 - 5 -
1057096)
本发明可用于纸浆造纸、石油加工、煤气、制革以及其他工业部门中,用以清除气体喷出物和污水中的含硫化合物。