活性炭載體酸處理方式對脫砷性能的影響

遲 瑩

活性炭載體酸處理方式對脫砷性能的影響

遲 瑩

（沈陽三聚凱特催化劑有限公司，遼寧 沈陽 110144）

采用不同處理方式對活性炭載體進行處理，對處理后載體進行脫砷劑樣品制備。以催化裂化汽油為原料油，注入砷化氫氣體，獲得含砷原料油。通過液相脫砷評價，考察活性炭載體不同處理方式對脫砷性能的影響。研究表明：8%硝酸處理后水洗至中性的載體制備的脫砷劑脫砷性能最好，平均轉(zhuǎn)化率可達98.42%。

活性炭；液相脫砷；酸處理

隨著原油質(zhì)量劣質(zhì)化趨勢發(fā)展，煉化生產(chǎn)過程中各中間餾分的組成趨于復(fù)雜化，雜質(zhì)含量不斷增加[1-2]。石油烴中的砷化物會嚴重影響石油的加工，主要表現(xiàn)為砷化物使催化劑中毒。因此，研究者一直在努力探索各種有效的砷化物脫除方法，以便把石油烴加工中砷化物的中毒作用降低到最低限 度[3-4]。

對于不同的工藝流程和不同原料的預(yù)脫砷精制處理，所要求的脫砷效果亦有所不同：加氫重汽油原料中砷質(zhì)量濃度小于10 μg·L-1[5-6]，裂解制乙烯原料、催化重整工藝、FCC 汽油原料要求砷質(zhì)量濃度小于20 μg·L-1[7-8]。這給石油烴的脫砷提出了更高的要求，石油烴脫砷技術(shù)只有不斷發(fā)展才能滿足當代石油、石化工業(yè)的需要。目前，針對烴類化合物的脫砷方法主要有吸附脫砷技術(shù)和臨氫脫砷技 術(shù)[9-11]。以活性炭為載體，負載活性金屬銅鎳及其活性金屬氧化物后可以制得高效低溫吸附脫砷 劑[12-13]。

以活性炭為載體制備的脫砷劑具有較高的脫砷精度及砷容[14-15]。活性炭具有較大的比表面積，表面易被氧化從而生成表面官能團。含氧官能團中酸性化合物容易吸收極性化合物，而堿性化合物則易吸附極性較弱或非極性物質(zhì)。因此通過對活性炭載體進行處理，從而改變其對吸附質(zhì)的吸附性能，增加其表面官能團的極性，從而提高脫砷精度及砷容。

1 實驗部分

1.1 脫砷機理

砷化物在脫砷劑的催化作用下，首先發(fā)生氫解反應(yīng)，生成AsH3，AsH3與活性金屬反應(yīng)生成穩(wěn)定的多種形式的金屬砷化物。

R3As + 3H2→3RH +AsH3；

AsH3+ M → MAs + 3/2H2。

1.2 實驗試劑及儀器

試劑：硝酸，分析純；水，去離子水。

儀器：RPP-200As微機砷測定儀，泰州中環(huán)分析儀器有限公司。

1.3 載體預(yù)處理及樣品制備

分別采取水洗方式及不同質(zhì)量分數(shù)的硝酸洗滌的方法對載體進行預(yù)處理，分別取100 g活性炭載體，水洗或酸洗30 min，酸洗后載體水洗至不同pH值，控至不滴水，120 ℃烘干。稱取一定量上述載體，浸漬一定量活性組分，經(jīng)干燥、焙燒后制得脫砷劑成品。

表1 樣品

1.4 樣品的脫砷評價

靜態(tài)評價：稱取所需樣品3 g放入250 mL錐形瓶中，加200 mL含砷汽油，磁力攪拌，用移液管取樣10 mL測定吸附后油品中砷質(zhì)量濃度（微機砷測定儀），直至吸附達到平衡。

動態(tài)評價：評價采用固定床法，以含砷汽油為原料油，在空速為4 h-1條件下，以下進上出方式通過反應(yīng)管，常溫常壓條件下反應(yīng)。反應(yīng)管內(nèi)徑 20 mm，脫砷劑粒度20～40目（0.38～0.83 mm），裝劑量20 mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 載體處理方式的確定

以靜態(tài)評價方式對未處理、水洗處理、8%硝酸處理并洗至中性載體制備的脫砷劑樣品（1#、2#、4#）進行評價，考察3個樣品的脫砷速率。原料油質(zhì)量濃度為423.9 μg·L-1，評價結(jié)果見表2。

表2 評價結(jié)果

對應(yīng)的脫砷轉(zhuǎn)化率見圖1。

圖1 脫砷轉(zhuǎn)化率

有表2及圖1可以看出，4#樣品在60 min即達到吸附平衡，1#、2#樣品在120 min達到吸附平衡；從吸附量來看，4#樣品的吸附量遠大于1#、2#樣品。這說明經(jīng)硝酸處理后的載體制備的脫砷劑，有助于提高砷容及脫砷效率。

2.2 不同質(zhì)量分數(shù)硝酸處理載體

分別采用不同質(zhì)量分數(shù)的硝酸（5%、8%、10%）對活性炭載體進行預(yù)處理制得脫砷劑成品3#、4#、5#，并以靜態(tài)評價方式進行脫砷速率的考察，原料油中砷質(zhì)量濃度為82 μg·L-1，評價結(jié)果見表3。

表3 評價結(jié)果

對應(yīng)的脫砷轉(zhuǎn)化率見圖2。

圖2 脫砷轉(zhuǎn)化率

由表3和圖2可以看出，4#樣品的脫砷速率最快，在30 min時即達到吸附平衡。延長吸附時間至240 min，未出現(xiàn)脫附現(xiàn)象。這說明經(jīng)8%硝酸處理后的載體具有較高的脫砷速率。

2.3 酸處理至不同pH值對脫砷性能的影響

采用質(zhì)量分數(shù)為8%的硝酸對活性炭載體進行預(yù)處理，分別水洗至pH為2、4、6，并以此載體進行樣品制備，脫砷劑成品分別記為6#、7#、4#。采用靜態(tài)評價方式進行樣品評價，原料油中砷質(zhì)量濃度為78 μg·L-1，評價結(jié)果見表4。

表4 評價結(jié)果

對應(yīng)的脫砷轉(zhuǎn)化率見圖3。由表4和圖3可以看出，實驗初期6#、7#油品中出現(xiàn)活性炭粉末，分析是酸使活性炭的強度變低不耐攪拌所致。若硝酸處理后不處理至中性，殘留的硝酸根雖然不影響活性組分的負載，但載體易碎，影響油品質(zhì)量。因此載體經(jīng)酸洗后須處理至中性。

圖3 脫砷轉(zhuǎn)化率

2.4 不同方式處理載體至中性對脫砷性能的影響

活性炭載體經(jīng)8%硝酸處理后，分別采用水洗及烘干方式將載體處理至中性，并制備脫砷劑成品4#、8#，以動態(tài)評價方式進行脫砷精度及砷容考察，原料油質(zhì)量濃度為324.3 μg·L-1，評價結(jié)果見表5。

表5 評價結(jié)果

對應(yīng)的脫砷轉(zhuǎn)化率見圖4。

在相同的評價條件下，兩種樣品的脫砷效果均良好。在前3天出口均為0，在第4天時8#樣品出口出現(xiàn)數(shù)值，而4#樣品在第5天出口出現(xiàn)數(shù)值。8#樣品出口平均值為16.91 μg·L-1，平均轉(zhuǎn)化率為94.79%；4#樣品出口平均值為5.12 μg·L-1，平均轉(zhuǎn)化率為98.42%。結(jié)果表明，8%硝酸水洗至中性樣品4#的脫砷效果好于烘干至中性樣品8#。

圖4 脫砷轉(zhuǎn)化率

3 結(jié) 論

以活性炭為載體的脫砷劑，載體處理方式對脫砷劑脫砷效果具有重大影響。活性炭載體經(jīng)8%硝酸酸洗后并水洗至中性，脫砷效率可達98.42%，如果不達到中性，影響脫砷劑強度及油品質(zhì)量。

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Effect of Acid Treatment Methods of Activated Carbon Carrier on Performance of Arsenic Removal

（Shenyang Sanjukaite Catalyst Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110144, China）

The activated carbon carrier was treated by different methods, and the samples of dearsenization agent were prepared. Arsenic-containing feedstock was obtained by injecting hydrogen arsenide gas into FCC gasoline as feedstock. The effects of different treatment methods of activated carbon carrier on the performance of arsenic removal were investigated by evaluating arsenic removal in liquid phase. The results showed that the dearsenization agent prepared by 8% nitric acid treated carrier with water washing to neutral had the best dearsenization performance and the average conversion reached 98.42%.

Activated Carbon; Dearsenic in liquid phase; Acid treatment

2021-07-12

遲瑩（1985-），女，滿族，遼寧省丹東市人，中級工程師，碩士，2011年畢業(yè)于遼寧科技大學化學工藝專業(yè)，研究方向：凈化劑研發(fā)。

TE624

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1004-0935（2022）01-0034-04