活性炭载体对超临界水浸渍法制备负载型锰基中温煤气脱硫剂的影响研究

【摘要】：以煤气化为源头的多联产技术,是最具应用前景的洁净煤技术之一。但在煤气化过程中,煤中的硫成分会以污染物硫化氢的形式进入到煤气中,对后续工段造成严重的影响。基于脱硫过程中可能引起的“冷热病”和热能损失,中高温煤气脱硫净化已经成为了煤气化技术中的关键环节。以金属氧化物作为活性组分的干法脱硫以其热效率高、能耗低、脱硫效果好等优势受到越来越多的关注和研究。 超临界水热合成技术是近年来新兴的一种微粒制备技术。在超临界水中金属氧化物溶解度低、成核率高、利于形成超细微粒,且微粒粒径及形态可以通过温度、压力等操作参数进行调节,这些是传统的制备微粒手段所无法达到的。 本论文在前期工作的基础上,选择超临界水浸渍法制备活性炭负载氧化锰脱硫剂。重点考察了不同的活性炭载体在不同温度下制备的脱硫剂的脱硫效果。通过XRD、ICP、SEM、XANES、BET等表征手段对脱硫剂进行相关分析,揭示了温度及活性炭载体对脱硫剂脱硫活性影响的规律。同时考察了不同的前躯体溶液pH值对制备的脱硫剂脱硫性能的影响,并结合表征手段对相关机理进行探讨。主要得出以下结论： (1)不同活性炭载体制备的脱硫剂随制备温度的变化表现出了相同的硫化性能规律：350℃最好,400℃次之,300℃最差。而同一温度下以核桃皮为原料的AC(z)的硫化性能明显高于以煤炭为原料的AC(X)和AC(M)。 (2)制备温度对活性组分的上载量有一定的影响,温度越高上载量越大；当制备温度达到400℃时,活性组分及载体发生了形貌上的变化,相应的脱硫活性下降。 (3)脱硫剂中表面Mn含量对脱硫剂的脱硫性能影响较大,Mn含量越多脱硫效果越好；而表面Si的含量则不利于脱硫剂硫化反应的进行,Si元素含量越多,脱硫剂脱硫效果越差。活性炭载体中的碱金属K、Na对脱硫剂的硫化反应并没有催化作用。 (4)脱硫剂中活性组分主要是Mn3O4,同时还含有一定量的MnO和Mn2O3,其中Mn3O4所占的比例对脱硫剂的硫化效果有重要的影响,Mn3O4含量越高,脱硫剂脱硫效果越好。 (5)硝酸锰前躯体溶液的pH值对制备的脱硫剂脱硫活性有较大的影响,在1.53～7.31范围内pH值越大脱硫效果越好。当pH值达到8.61时,由于前驱体溶液沉淀的产生,脱硫剂活性组分的上载量降低,相应的脱硫性能降低。 【关键词】：煤气脱硫 超临界水 脱硫剂 活性炭 载体
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ546.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文献综述及课题选择11-27
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 中高温煤气脱硫用吸附剂的研究12-18
• 1.2.1 单一金属氧化物12-16
• 1.2.2 复合金属氧化物16-18
• 1.3 中高温煤气脱硫用载体的研究18-20
• 1.3.1 三氧化二铝载体18-19
• 1.3.2 活性炭载体19-20
• 1.3.3 二氧化钛载体20
• 1.4 超临界水热合成反应概述20-23
• 1.4.1 超临界水的性质20-21
• 1.4.2 超临界水的氢键21-22
• 1.4.3 超临界水的粘度和扩散系数22-23
• 1.4.4 超临界水热合成23
• 1.5 目前中高温煤气脱硫存在的问题23-25
• 1.5.1 脱硫剂的粉化问题24
• 1.5.2 脱硫剂的再生问题24-25
• 1.5.3 干法脱硫过程中的放硫现象25
• 1.6 本课题的选择以及研究内容25-27
• 第二章 脱硫剂的制备、硫化及表征方法27-33
• 2.1 实验仪器和所用药品27-28
• 2.1.1 实验药品27
• 2.1.2 实验仪器及设备27-28
• 2.2 脱硫剂的制备28-29
• 2.2.1 脱硫剂的制备装置28-29
• 2.2.2 脱硫剂的制备过程29
• 2.3 脱硫剂的硫化评价29-31
• 2.3.1 脱硫剂活性评价装置29-30
• 2.3.2 硫化条件及硫化过程30-31
• 2.3.3 脱硫剂的硫化评价指标31
• 2.4 脱硫剂的表征方法31-33
• 第三章 不同活性炭载体制备的脱硫剂研究33-51
• 3.1 活性炭载体对脱硫活性的影响33-35
• 3.2 脱硫剂的活性组分分析35-37
• 3.2.1 脱硫剂硫化前后的XRD表征35-36
• 3.2.2 锰氧化物的硫化评价36-37
• 3.3 活性组分上载量分析37-38
• 3.4 载体孔结构分析38-39
• 3.5 脱硫剂的扫描电镜(SEM)分析39-40
• 3.6 脱硫剂的透射电镜(TEM)分析40-41
• 3.7 脱硫剂的(XPS)分析41-43
• 3.7.1 脱硫剂中Mn元素的XPS分析41-42
• 3.7.2 载体中Si元素的XPS分析42-43
• 3.8 活性炭载体的工业分析、元素分析以及灰成分分析43-45
• 3.9 活性炭载体中K、Na离子的催化作用考察45-46
• 3.10 脱硫剂的XANES表征分析46-49
• 3.11 本章小结49-51
• 第四章 对活性炭载体的pH改性研究51-57
• 4.1 前驱体溶液pH对脱硫剂硫化性能的影响51-53
• 4.2 脱硫剂中活性组分分析53
• 4.3 脱硫剂的孔结构分析53-54
• 4.4 脱硫剂的扫描电镜(SEM)分析54-55
• 4.5 脱硫剂活性组分上载量分析55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 总结与建议57-59
• 5.1 实验总结57-58
• 5.2 对后续工作的建议58-59
• 参考文献59-65
• 致谢65-67
• 攻读学位期间发表论文情况67

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