新型振荡篮筐中心挡板反应器中MnO2-Fe2O3/功能化活性炭催化剂实现重质瓦斯油的超深度连续脱硫

为解决传统加氢脱硫(HDS)工艺条件苛刻、效率低的问题，研究人员开发了新型振荡篮筐中心挡板反应器(OBCBR)及MnO2-Fe2O3/双功能化活性炭(DFAC)催化剂，在温和条件下实现99.54%硫脱除率，时间仅需12分钟，较传统方法效率提升5倍。该技术为超清洁燃料生产提供了革命性解决方案。

　　

随着全球环保法规日益严格，燃料中硫含量标准从50ppm降至10ppm甚至更低，传统加氢脱硫(HDS)技术面临巨大挑战——不仅需要高温高压(>300°C、30-130bar)条件，对噻吩类化合物脱除效率不足50%，且需消耗昂贵氢气。更棘手的是，伊拉克等产油国重质瓦斯油硫含量高达8291ppm，现有技术处理需耗时1小时以上。这一困境催生了氧化脱硫(ODS)技术的快速发展，但如何实现催化剂高效回收和连续操作成为制约工业化应用的关键瓶颈。

巴格达大学化学工程系的Jasim I. Humadi团队在《Fuel》发表突破性研究，创新性地将振荡挡板反应器(OBR)改造为振荡篮筐中心挡板反应器(OBCBR)，并开发出MnO₂-Fe₂O₃/双功能化活性炭(DFAC)催化剂，在常压、90°C条件下仅用12分钟即实现99.54%脱硫率，创造了ODS领域的新纪录。

关键技术包括：1)采用伊拉克Baji炼油厂重质瓦斯油(硫含量8291ppm)为真实原料；2)通过酸性/碱性处理制备双功能化活性炭载体；3)在OBCBR中优化振荡参数(频率0.5-2Hz、振幅3-12mm)；4)建立连续溶剂再生(CSR)系统评估异辛烷等再生溶剂效率。

【材料表征】
FESEM显示DFAC经酸碱处理后形成蜂窝状多孔结构，比表面积提升至1120m²/g。EDX证实MnO₂(5wt%)与Fe₂O₃(3wt%)均匀分散，协同产生更多酸性位点。

【工艺优化】
在振幅12mm、频率2Hz时，流体振荡产生雷诺数(Re₀)达12450，显著增强传质。温度从30°C升至90°C使反应速率常数提高7.3倍，12分钟停留时间即可达到反应平衡。

【催化剂性能】
MnO₂-Fe₂O₃协同效应使吸附容量提升至48mgS/g，较纯AC提高400%。五次循环后硫脱除率仍保持92%，异辛烷再生效率达100%。

【反应机理】
H₂O₂在Mn⁴⁺/Fe³⁺位点分解产生·OH自由基，将噻吩类OSCs氧化为极性更强的砜类，随后被AC吸附。振荡流产生的剪切力使产物及时脱离活性位点。

这项研究的意义在于：1)首创"催化剂篮筐"设计实现OBR连续操作；2)阐明金属氧化物-AC协同作用机制；3)为高硫原油加工提供经济解决方案。相比传统HDS，该技术能耗降低60%，处理时间缩短80%，且无需氢气，具有重大工业化应用价值。未来可通过放大反应器规模及优化催化剂再生周期进一步推动技术落地。