TH、THC、TO系列鈀、鉑貴金屬催化劑是湖北省化學(xué)研究院氣體凈化中心近幾年新推出的、具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。該催化劑以活性氧化鋁為載體，以鈀、鉑為主要活性組分，并添加多種特種穩(wěn)定劑制成，主要用于化工原料氣中的脫氫、脫烴及脫氧，也可應(yīng)用于化肥、精細化工、冶金鋼鐵、半導(dǎo)體電子、空分等行業(yè)，以及環(huán)保等新技術(shù)領(lǐng)域。

    該系列催化劑具有如下特性：①使用空速大，可在5 000～30 000h^—1的大空速下運行；②低溫活性好，在同類產(chǎn)品中對雜質(zhì)氣體的脫除所需的凈化溫度更低；③凈化度高，凈化后氣體中含量可達10^—6級；④使用壽命長，一般可達2～5年(原料氣總硫要求<0.1 ×10^—6)。以下筆者對該系列催化劑的工業(yè)應(yīng)用情況作一介紹。

    在尿素生產(chǎn)過程中，CO₂原料氣中含有0.8％  ～1.2％的H₂，這些H₂在尿素的中壓系統(tǒng)被濃縮。為了防止系統(tǒng)腐蝕需要向CO₂氣體中補充空氣，H₂ (CO、CH₄)與O₂在中壓系統(tǒng)混合后都達到較高的濃度，且在爆炸范圍內(nèi)，從而產(chǎn)生爆炸隱患。針對這種情況，湖北化研所氣體凈化中心先后開發(fā)了TH-2和TH-3型尿素脫氫催化劑，以脫除原料氣體中的H₂，從根本上消除尿素中壓系統(tǒng)安全隱患。

TH-2脫氫催化劑于1999年6月在鎮(zhèn)海煉化公司化肥廠大型CO₂汽提法尿素裝置中投入運行，脫氫工藝流程，見圖1。

    脫氫反應(yīng)器內(nèi)徑為φ1 130 mm，高1 500 mm，內(nèi)裝催化劑0.93 m3。催化劑床層上下各放置1層氧化鋁耐火球，操作壓力為13.5～15 MPa，反應(yīng)溫度為120～250℃，原料氣組分體積分數(shù)見表1。

    該裝置運行至2000年7月，共停車4次，受高硫沖擊6次，因工況波動和燒高硫渣油，較長時間總硫超過設(shè)計值：切出系統(tǒng)3次，共21 d，試驗雙氧水水泵時要求CO₂中降氧小于1.0％，切出系統(tǒng)16d，停車停運7 d，累計運行了8 232 h。TH-2催化劑生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)見表2。

    由表2可以看出：①正常情況下出口H₂含量小于100×10^—6；②催化劑反應(yīng)溫升在40～50℃，表明活性十分穩(wěn)定；③床層阻力基本保持在0.05～0.06MPa，表明其強度好；④TH-2投運初期，進行了最低全轉(zhuǎn)化溫度測試，當(dāng)脫氫塔入口溫度降至119℃時，反應(yīng)器溫度升至46℃，出口含氫<60 ×10^—6。測試結(jié)果表明TH-2的起活溫度較低。

    針對該廠原料氣中硫含量較高的實際情況，我中心在TH-2的基礎(chǔ)上開發(fā)了TH-3型催化劑。該產(chǎn)品的特點是添加了B助劑，提高了催化劑的抗硫性能。2003年4月TH-3新產(chǎn)品在原裝置上投入運行，應(yīng)用結(jié)果表明，催化劑在低溫區(qū)(160℃)的操作時間顯著增加，催化劑的使用壽命延長，節(jié)約了大量中壓蒸汽，達到了預(yù)期效果。至今，TH-3型尿素脫氫催化劑已在10多家大中小型化肥廠投運，市場占有率約70％，深受用戶好評。

    食品級CO₂可用于飲料、煙絲膨化、超臨界萃取、蔬菜保鮮等行業(yè)。由于飲料行業(yè)對食品級CO₂氣體純度要求越來越高，我中心開發(fā)出專用于食品級CO₂氣體中脫烴的THC-1型催化劑，脫除氣體中的烴類物質(zhì)和有機物質(zhì)，使產(chǎn)品達到國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

柳州化工集團有限公司現(xiàn)合成氨生產(chǎn)能力為24萬t／a，為了充分利用生產(chǎn)中富余的CO₂氣體，公司于1993年成立柳州大力氣體廠，建成1萬t／a食品級CO₂和工業(yè)級CO₂裝置各1套。為提高產(chǎn)品的質(zhì)量和市場競爭力，使產(chǎn)品能夠滿足可口可樂和百事可樂公司的質(zhì)量要求，2004年5月該廠食品級裝置采用了THC-1型脫烴催化劑。脫烴塔進出口總烴含量由大連化物所生產(chǎn)的KF-300A型在線式總烴儀監(jiān)測，測定結(jié)果表明，反應(yīng)熱點溫度>375℃，出口總烴含量<5 ×10^—6。關(guān)鍵的苯含量數(shù)據(jù)，該廠多次送樣品到國內(nèi)權(quán)威部門及美國大西洋分析實驗室股份有限公司分析，結(jié)果表明，脫烴后苯含量均<20×10^—9。其苯含量分析數(shù)據(jù)見表3。

    生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果顯示，該催化劑活性溫度低，凈化度高，凈化結(jié)果完全可以達到國際食品級CO₂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中苯(≤20×10^—9)、總烴(≤50×10^—6)及其他有機物的質(zhì)量要求。該廠食品級CO₂已成功進入可口可樂和百事可樂產(chǎn)品市場。

    高濃度CO是精細化工產(chǎn)品生產(chǎn)中重要的原料氣體，合成反應(yīng)對CO氣體中氧的要求高，需將其中的氧氣含量凈化至100×10^—6，以保證合成效率及產(chǎn)品質(zhì)量。山東東營精細化工科技有限公司與南開大學(xué)合作，生產(chǎn)汽油抗暴劑環(huán)戊二烯三羰基錳(簡稱NMT)產(chǎn)品。該產(chǎn)品對原料CO氣體的凈化要求特別高，需要精脫硫、脫氧及脫水等凈化過程，經(jīng)多方調(diào)研，選用了TH-4脫氧催化劑及JTL-5常溫精脫硫工藝。該公司CO原料氣組成見表4。工藝流程見圖2。

    生產(chǎn)裝置于2002年10月3日正式開車，在精脫硫保證氣體總硫小于0.1 ×10^—6的條件下，脫氧反應(yīng)器出口氣體中氧含量均小于廠控指標(biāo)(<100×10^—6)，在入口氧含量波動劇烈條件下也能達到設(shè)計要求。開車期間氣體抽樣分析數(shù)據(jù)見表5。

    武漢無線電器材廠氣體分廠采用碳分子篩變壓吸附制氮，空分氮氣中氧含量為0.12％～0.14％。為了獲得氧含量小于100×10^—6的高純氮氣，在空分氮氣系統(tǒng)后設(shè)置了催化除氧凈化裝置，2002年3月采用了TO-2型脫氧催化劑。氮氣加氫除氧工藝流程見圖3。TO-2脫氧催化劑操作數(shù)據(jù)見表6。

   

    催化除氧凈化裝置運行結(jié)果表明：   

    (1)空分氮氣經(jīng)TO-2脫氧催化劑后，其出口O₂含量<1 ×10^—6，當(dāng)進口H₂含量為0.27％時，出口H₂和O₂含量分別為266～300×10^—6和0.23-0.25×10^—6，完全達到了廠控指標(biāo)[φ(H₂)<500×10^—6，φ(O₂)<100×10^—6]，說明TO-2脫氧催化劑完全能夠滿足生產(chǎn)的要求。   

    (2)當(dāng)進口H₂，O₂含量分別為0.24％、0.12％時，體系中H₂，O₂含量恰好以化學(xué)計量比例存在，出口H₂含量為零，O₂含量由0.44×10^—6升至24×10^—6，生產(chǎn)過程中加入稍過量的H2，TO-2脫氧催化劑即具有很好的活性，出口氧含量<1×10^—6。

    (1)TH-2、TH-3尿素脫氫催化劑從根本上解決了尿素裝置中壓系統(tǒng)因氫氣積累而引起的爆炸危險，TH-3在TH-2的基礎(chǔ)上提高了抗硫性能，低溫操作時間區(qū)擴大，節(jié)約了大量蒸汽。

    (2)THC-1脫烴催化劑應(yīng)用于食品CO₂的脫烴，凈化后氣體中總烴含量小于5 ×10^―6，苯含量小于20×10^—9，達到了國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

    (3)TH-4脫氧催化劑可將高濃度CO中的氧凈化至小于50×10^—6，達到精細化工產(chǎn)品原料氣凈化要求。TO-2脫氧催化劑可將N₂中的氧含量脫至數(shù)倍10^—6，完全滿足用戶要求。