一氧化碳对氢气中脱氧的影响

30天然气化工2005年第3O卷一氧化碳对氢气中脱氧的影响雷菊梅，凌华招，陈斌，廖炯(西南化工研究设计院，成都610225)摘要：工业上制备得到的氢气中通常含有万分之几至千分之几体积的氧组分，需将氢气深度纯化后才能得到高纯度的氢，即氧含量要低达百万分之几。将氢气气体中的氧深度净化，一般采用催化氧化的方法，选择AlzOa作载体负载的Pd、Pt等贵金属催化剂，在常温下就可将氧脱除到3×lO～5×lO甚至1×lO以下。但是对含有一氧化碳的氢气在常温下要将氢气中氧含量脱至3×lO～5×lO就难以做到。本文考察了氢气中有一氧化碳存在时，对Pd／A1zOa脱氧催化剂在不同温度和空速下脱除氧的影响。在反应温度15O～17o~c、空速5000h的实验条件下，氢气中氧含量从0．4％降低到(2～3)×10一。温度继续升高时残氧量变化不大，当温度超过200℃时，CO会在高温下歧化而结炭，因此反应温度不应超过200℃。关键词：一氧化碳；脱氧I氢；催化剂中图分类号：TQ028．2文献标识码：A文章编号：lOOl-9219(2oo5)03-30-03^—jL【．——一U日lJ青氢气作为一种较理想的二次能源，广泛应用于石油、化工、冶金、医药、航天等工业用途中。近年来，氢气的需求总量仍在增长。目前，氢气的制备方法有天然气蒸汽转化制氢、煤气化制氢、甲烷裂解制氢、水电解制氢、热化学制氢等。由以上方法制得的氢气中含有O。、H。O、CO或C0。等杂质，使其难以直接应用。其中氧的体积含量含量有万分之几至千分之几，而在工业应用中要求氧含量低于3×10～5×1O一。有些特殊的工业用途中甚至要求氧含量低于0．5×1O～。为了得到高纯度的氢(99．999)或特高纯度的氢(99．99999／6)，在工业上一般要采用催化氧化的方法将氢气深度脱氧，以满足生产需要。Pd／Al0。或Pt／Al。O。型脱氧催化剂活性高，脱氧精度很高，稳定性极强寿命可达3～5年。所以工业上选择Al。0。负载的Pd、Pt等贵金属催化剂，在常温下将氢气深度脱氧，氧含量可脱除到几个1O至1×1O以下。氢气气体中的脱氧虽然是常见的净化技术，但是对于含C0的氢气中脱氧仍是工业中遇到的较难解决的技术问题，国内文献中也少有报道。收稿Et期：2004—11-19；作者简介：雷菊梅(1973-)，女，工程师．主要从事脱氧催化剂的研究。由于CO的吸附力很强，当氢气原料气通过Pd／A1。O。或Pt／Al。0。催化剂床层时，CO迅速吸附在催化剂表面，而CO对该催化剂活性有很强的抑制作用，导致催化剂活性大幅度下降。所以如果氢气中含有CO气体，在常温下，就不能达到深度脱氧目的和效果。氢气中脱氧反应的主要影响因素有脱氧温度、原料气空速和原料气中的含量。本文以自制的Pd／Al。0。为脱氧催化剂，氧含量固定为0．4，考察了氢气中有CO存在下，对脱除氧的温度和空速的影响，并选择适合的温度和空速将氧脱至百万分之几。1实验部分1．1催化剂的制备选用球状的7一Al。0。作载体，其堆密度为0．75～0．80kg／I，直径2～3mm，采用传统的等体积浸渍方法制备。根据钯负载量的不同，在不断搅拌下将Al0。载体浸渍入一定浓度的PdCl。溶液中，在烘箱中100~C下烘干，并经还原剂还原后制得不同负载量的Pd／A1。O。脱氧催化剂。1．2实验条件及装置催化剂为1‰～3‰Pd／A1O。脱氧剂，装填量24g，床层高10cm；反应器内径为20mm不锈钢管；反应空速4000~7000h～；反应压力0．1MPa；反应温度80~200~C；原料气组成(体积分数)：维普资讯http://www.cqvip.com第3期雷菊梅等：一氧化碳对氢气中脱氧的影响31QpI。_，、IlIj10．4O20．4％O20．4O2H平衡H：平衡H平衡1．反应原料气瓶；2、8．调节阀：3．转子流量计；4．预热器：5．反应器；6、7．温控器；9．；湿式流量计10．微量氧分析仪；11．隔热层．图1富氢脱氯实验装置流程图Fig．1ExperimentalinstallationfordeoxidationofH2一richgas原料气流量由转子流量计控制，尾气流量由湿式流量计测定，尾气中残氧量由微量氧分析仪测定。实验在改变CO浓度和原料气空速的条件下，测定不同反应温度的尾气中残氧量及氧脱除到(2～3)×1O的最低温度。2结果与讨论2．1对脱氧温度的影响400I5o强鑫一蛙Ⅻ衄’100镁5o7080∞lO0'10'∞130140150'∞170'∞温度，℃图2脱氯温度与残氯量的变化曲线Fig·2ResidualamountofoxygenVSdeoxidationtemperature氢气中无CO时，在常温下可将原料气中的氧从千分之几脱除到(3～5)×10以下，而有CO存在时，能显著影响脱氧的温度