半焦负载铁酸锌高温煤气脱硫剂的制备及其活性评价

【摘要】： 高温煤气脱硫净化是以煤气化为基础的多联产过程中关键技术之一。炭基金属氧化物脱硫剂因将半焦的较大比表面积和丰富微孔性质与金属氧化物的活性中心相结合,成为一种性能优良的高温煤气脱硫剂。 本论文采用超声波辅助共沉淀制备活化半焦负载铁酸锌脱硫剂,通过BET和XRD等测试手段进行表征,并在固定床上对其进行了硫化和再生性能的研究,考察了脱硫剂的脱硫性能、机械强度和物性参数的变化。由此得出如下结论: 1.半焦通过硝酸和高温水蒸汽处理相结合活化改性后,其孔容和比表面积增大,是较理想载体。 2.超声波共沉淀法制备炭基铁酸锌(ZnFe_2O_4/AC)前躯体在500℃煅烧,形成了完整的尖晶石结构,随着超声波功率及作用时间的增加, ZnFe_2O_4在活性半焦上分散更为均匀,且纯度很高,几乎没有杂相。 3.活性组分铁酸锌与活性半焦最佳重量比是8:10;当负载量较大时,脱硫剂孔径变小、孔隙堵塞和有效反应表面积减小,致使脱硫活性下降。 4.超声波共沉淀法制备ZnFe_2O_4/AC脱硫剂是一种性能优良的高温煤气脱硫剂,进口H_2S浓度为2800ppm时,出口浓度可保持在2-3ppm左右26小时几乎没有波动,一次硫容达38%。与ZnFe_2O_4脱硫剂相比,ZnFe_2O_4/AC脱硫剂孔隙发达、比表面积增大,最大限度地在一个循环提高H_2S在脱硫剂的扩散速度。 5.在脱硫温度400-500℃范围内,ZnFe_2O_4/AC脱硫剂的硫容受温度影响很小,活性半焦的存在拓宽了其使用温度范围。 6.炭基铁酸锌脱硫剂在脱硫过程中伴随着少量COS的生成,且随温度的升高逐渐减少;在500℃硫化,当其穿透时,COS的含量为70ppm。 7.在模拟空气、15%水汽气氛、空速2000~(-1)和500℃的再生条件下,超声波共沉淀法制备半焦负载铁酸锌脱硫剂的再生反应为先快后缓,再生效果好,经过三次硫化-再生循环实验后,其硫容、机械强度变化不大,该脱硫剂具有良好的抗磨损性能,可进行多次循环使用。 【关键词】：高温煤气脱硫 半焦负载铁酸锌 超声波 硫化 再生
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X701.3
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-10
• 第一章 文献综述与课题选取10-22
• 1.1 课题背景10
• 1.2 金属高温煤气脱硫剂研究概括10-14
• 1.2.1 单金属氧化物脱硫剂10-12
• 1.2.2 复合金属氧化物脱硫剂12-14
• 1.2.2.1 铁基复合脱硫剂12
• 1.2.2.2 锌基复合脱硫剂12-14
• 1.2.2.3 铜基复合脱硫剂14
• 1.3 炭基金属氧化物脱硫剂研究进展14-19
• 1.3.1 炭基活性金属氧化物脱硫过程机理研究14-16
• 1.3.2 炭基活性金属氧化物制备条件对脱除H_2S 的影响16-17
• 1.3.2.1 活性炭的预处理16
• 1.3.2.2 金属负载量对脱硫剂活性的影响16
• 1.3.2.3 煅烧温度对脱硫剂活性的影响16-17
• 1.3.3 工艺条件对脱除H_2S 的影响17-18
• 1.3.3.1 相对湿度17
• 1.3.3.2 脱硫温度17-18
• 1.3.3.3 原料气的组成18
• 1.3.4 炭基活性金属氧化物脱硫剂的再生18-19
• 1.4 超声波在催化合成中的应用19-20
• 1.5 课题选择与研究内容20-22
• 第二章 半焦负载铁酸锌脱硫剂活性组分的制备22-31
• 2.1 载体半焦的预处理22-24
• 2.2 实验方法及试剂选择24-25
• 2.2.1 实验方法24-25
• 2.2.2 沉淀剂的选择25
• 2.3 半焦负载铁酸锌活性组分的制备25-26
• 2.4 半焦负载铁酸锌活性组分的制备结果26-30
• 2.4.1 不同超声波功率及作用时间下的半焦负载铁酸锌活性组分26-29
• 2.4.2 不同煅烧温度下的半焦负载铁酸锌活性组分29-30
• 2.5 小结30-31
• 第三章 半焦负载铁酸锌脱硫剂的制备31-34
• 3.1 脱硫剂的制备31
• 3.2 脱硫剂制备的影响因素31-34
• 第四章 半焦负载铁酸锌脱硫剂的活性评价—硫化34-50
• 4.1 固定床实验装置与气体配置34-36
• 4.1.1 脱硫剂固定床活性评价装置34-35
• 4.1.2 实验所用气体配置和分析方法35-36
• 4.1.2.1 硫化氢气体的配置35
• 4.1.2.2 进口硫化氢气体的检测35
• 4.1.2.3 出口硫化氢气体的检测35-36
• 4.2 实验条件36-37
• 4.2.1 实验步骤36
• 4.2.2 实验条件的选取36-37
• 4.2.3 脱硫剂活性评价指标37
• 4.3 实验结果与讨论37-49
• 4.3.1 活性组分铁酸锌与活性半焦载体的最佳质量比37-39
• 4.3.2 沉淀条件对脱硫活性的影响39-40
• 4.3.3 活性组分的煅烧温度对脱硫活性的影响40-41
• 4.3.4 活性组分含量的选择41-42
• 4.3.5 半焦负载铁酸锌脱硫剂与铁酸锌脱硫剂一次硫容比较42-43
• 4.3.6 ZnFe_2O_4/AC 和ZnFe_2O_4 硫化前后XRD 表征43-44
• 4.3.7 ZnFe_2O_4/AC 和ZnFe_2O_4 物性参数对比44-46
• 4.3.8 脱硫温度对脱硫效率的影响46-47
• 4.3.9 不同脱硫温度下的H_2S 和COS 的穿透曲线比较47-49
• 4.4 小结49-50
• 第五章 半焦负载铁酸锌脱硫剂的活性评价—再生50-62
• 5.1 半焦负载铁酸锌脱硫剂再生装置与分析方法51-52
• 5.1.1 再生装置51
• 5.1.2 再生尾气分析方法51-52
• 5.2 再生条件52-53
• 5.2.1 再生温度52
• 5.2.2 再生气氛52
• 5.2.3 再生空速52-53
• 5.3 实验结果及讨论53-55
• 5.3.1 半焦负载铁酸锌脱硫剂的再生53-54
• 5.3.2 脱硫—再生循环实验54-55
• 5.4 硫化一再生循环过程中脱硫剂的机械强度55-56
• 5.5 硫化-再生循环过程中脱硫剂的XRD 表征56-58
• 5.5.1 H60 三次硫化的XRD 表征56-57
• 5.5.2 H60 三次再生的XRD 表征57-58
• 5.6 硫化-再生循环过程中脱硫剂的物性参数变化58-61
• 5.7 小结61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 硕士期间发表论文目录70

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