微波固相合成法氧化锌高温煤气脱硫剂的制备

【摘要】：煤气脱硫净化是煤炭洁净技术转化与利用中必须的关键技术,是国家经济、社会和环境可持续发展的重要能源技术,也是早日实现中国梦的攻坚基础。按照我国的能源赋存特点,煤制气将日益凸显其在国民经济中的重要性。然而煤气中的有害物质硫化氢的存在不仅腐蚀设备、使催化剂中毒,排放到大气后,还会严重污染环境,因此,必须对其进行脱除。本论文主要对载体半焦的改性,粘结剂的选取,前驱体的升温行为、煅烧温度以及负载比和活性组分含量等对脱硫剂制备的影响进行了初步研究,为精确设计和制备高温煤气脱硫剂提供一种合理高效的制备新方法。 主要从以下几个方面进行了研究： 1.通过对半焦进行高温改性,得出最佳的改性条件：活化温度700℃；活化时间2h。改性后半焦的孔容从0.121cm3/g增加到0.310cm3/g；比表面积从15.178m2/g增加到336.766m2/g。进而在微波场中考察以半焦为载体的脱硫剂前驱体的升温特性,其升温行为可分为快速升温(约6.5mmin)和缓慢升温两阶段,约9min后升至稳定温度。该温度主要受微波功率的影响。 2.通过添加不同粘结剂和改变脱硫剂前驱体的升温速率可双向调控脱硫剂的强度,得出最佳的粘结剂：本山绿泥；最佳的脱硫剂前驱体的升温速率：第一阶段：10℃/min从室温升至380℃；第二阶段：2℃/min从380℃升至430℃；第三阶段：10℃/min从430℃升至目标温度并恒温一段时间。在500℃恒温30min下制备的脱硫剂的强度可达53.8N/cm。 3.通过硫化性能测试得出微波辐照制备氧化锌脱硫剂的最佳条件：辐照温度500℃,辐照时间30min,负载比：8：10,活性组分含量：20%。 4.通过对微波辐照和常规加热方式制备的脱硫剂进行了比较分析,由XRD分析结果表明：两种加热方式制备的氧化锌脱硫剂在硫化前以ZnO形式存在,硫化后都以ZnS形式存在。但微波辐照制备的氧化锌晶型完整,结晶度较好。由SEM分析结果表明：微波辐照制备的氧化锌其晶粒大小均匀,高度分散在活性半焦表面。由氮吸附分析表明：硫化前后脱硫剂的比表面积、孔容和孔径均有不同程度的降低。由XPS分析结果表明：微波辐照和常规加热制备的脱硫剂其表面Zn-O结合能分别为1022.51eV和1022.86eV,,说明微波加热独特的耦合作用和非热效应削弱了Zn-O的结合能。 5.在同等条件下通过微波辐照和常规加热方式制备的脱硫剂进行对比,其穿透时间分别为580min、485min,硫容分别为13.16%、10.89%,可见,微波辐照制备的脱硫剂明显好于常规加热方式制备的脱硫剂。 【关键词】：微波辐照 常规加热 氧化锌 硫化 半焦
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X701.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.2 煤气脱硫研究的现状12-19
• 1.2.1 干法脱硫12-17
• 1.2.2 湿法脱硫17-19
• 1.3 微波辐照的应用19-23
• 1.3.1 微波辐照19-21
• 1.3.2 微波辐照在制备催化剂方面的应用21-22
• 1.3.3 微波辐照在脱硫方面的应用22-23
• 1.4 微波的“非热效应”23-24
• 1.5 课题的选择及研究内容24-27
• 第二章 实验部分27-33
• 2.1 实验仪器与实验试剂27-28
• 2.1.1 实验仪器27
• 2.1.2 实验试剂27-28
• 2.2 半焦改性装置28
• 2.3 微波辐照制备脱硫剂装置28-29
• 2.4 硫化实验29-30
• 2.5 硫化装置30-31
• 2.6 脱硫剂的表征仪器31-32
• 2.6.1 X射线衍射(XPD)31
• 2.6.2 扫描电子显微镜(SEM)31
• 2.6.3 比表面及孔径分析(BET)31
• 2.6.4 X射线光电子能谱(XPS)31
• 2.6.5 脱硫剂的机械强度31-32
• 2.7 脱硫剂评价指标32-33
• 2.7.1 脱硫穿透时间32
• 2.7.2 穿透硫容32-33
• 第三章 微波辐照氧化锌脱硫剂的制备33-47
• 3.1 半焦的改性33-38
• 3.1.1 温度对半焦的影响33-35
• 3.1.2 半焦的显微形貌观察35-36
• 3.1.3 半焦负载脱硫剂前驱体升温行为的考察36-38
• 3.2 脱硫剂的制备38-39
• 3.2.1 氧化锌前驱体的制备38
• 3.2.2 脱硫剂的固化成型38-39
• 3.3 粘结剂的选取39-42
• 3.3.1 粘结剂的化学组成39-40
• 3.3.2 硫化性能测试40-41
• 3.3.3 强度分析41-42
• 3.4 前躯体升温速率的确定42-44
• 3.5 扫描电镜分析(SEM)44
• 3.6 小结44-47
• 第四章 脱硫剂制备工艺的确定47-61
• 4.1 微波辐照的影响47-49
• 4.2 微波辐照时间的影响49-51
• 4.3 不同负载比的影响51-53
• 4.4 不同活性组分含量的影响53-55
• 4.5 脱硫剂表面元素分析55-58
• 4.6 小结58-61
• 第五章 微波和常规制备脱硫剂的性能比较与分析61-71
• 5.1 穿透曲线61-63
• 5.2 XRD表征63-64
• 5.3 XPS分析64-67
• 5.3.1 两种加热方式新鲜样的XPS分析比较64-65
• 5.3.2 两种加热方式硫化样的XPS分析比较65-67
• 5.4 SEM分析67-68
• 5.4.1 两种加热方式新鲜样的SEM分析比较67-68
• 5.4.2 两种加热方式硫化样的SEM分析比较68
• 5.5 氮吸附分析68-70
• 5.6 小结70-71
• 第六章 结语71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 论文的创新点72
• 6.3 展望72-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-81
• 硕士期间发表论文81

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