织构对高温煤气脱硫性能的影响

【摘要】： 煤炭是主要的矿物能源和化工原料,但如果开采利用不当,将对环境造成严重的污染。在中国,煤利用过程中产生的污染问题尤其突出。因此,控制或减轻煤利用过程中对环境造成的不利影响是我国可持续发展的重大需求,煤的高效、洁净转化是实现这一需求的主要途径。整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术是二十一世纪最具前景的一项洁净煤利用技术,其中高温煤气脱硫是IGCC的关键技术之一。 国内外在高温煤气脱硫方面进行了大量的研究,并取得了一定的成果,但至今未能实现工业化,主要原因就是脱硫剂在硫化/再生循环使用过程中性能不够稳定。通过研究活性组分,揭示脱硫剂性能下降的原因,是目前高温煤气研究的热点之一,而对织构改变引起的脱硫剂性能下降研究却没有得到高度重视。因此,本课题将从织构的研究入手,探讨织构对高温煤气脱硫剂性能的影响。 基于黏结剂、造孔剂对高温煤气脱硫剂织构有重要影响作用,本文采用赤泥为活性组分原料,通过改变黏结剂、造孔剂类型及含量制备了一系列的高温煤气脱硫剂。在固定床反应器上,进行了模拟煤气气氛下脱硫剂的脱硫活性评价以及再生性能测试,并结合热重仪、XRD、压汞仪等对脱硫剂的物性进行表征,同时将分形维数新概念用于关联脱硫剂织构与脱硫性能之间的关系中,得到如下主要的结论: 砖瓦土、高岭土、膨润土和高温水泥作为高温煤气脱硫剂黏结剂时,砖瓦土是一种性能优异的黏结剂。 再生条件对脱硫剂的稳定性能有重要的影响,再生气氛中氧含量2%、再生温度为700℃时,再生后的脱硫剂有好的循环稳定性。 脱硫剂制备过程中造孔剂的含量存在最佳范围。不同造孔剂制备的脱硫剂具有不同的织构,脱硫剂的织构影响着脱硫性能。脱硫剂的硫化反应主要发生在500(?)＜R＜5000(?)的孔中,500(?)＜R＜5000(?)所占孔容对脱硫剂的硫容有很大的影响,初硫容随其增大而增大;在活性组分一定的情况下,脱硫剂的硫容受比表面、孔容、孔径、分形维数的综合影响;脱硫剂的分形维数随着平均孔径的增大而减小;在孔容一定的情况下,分形维数随着比表面积的增大而增大。随着分形维数的减小,脱硫剂的硫容逐渐增大。 脱硫剂在脱硫过程中伴随着COS的生成,COS的浓度随着出口H_2S浓度的增加而增加。 新鲜脱硫剂样品中铁的氧化物主要晶型为Fe_2O_3,在模拟煤气的还原气氛中,Fe_2O_3会被还原为Fe_3O_4和FeO,硫化后铁的硫化物的晶型为FeS、Fe_(1-x)S和Fe_7S_8。 【关键词】：织构 高温煤气脱硫 影响 分形维数
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X701.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-12
• 第一章 文献综述及课题的选择12-28
• 1.1 序言12-13
• 1.2 硫化氢脱除方法13
• 1.3 高温煤气脱硫研究进展13-18
• 1.3.1 单金属氧化物14-17
• 1.3.2 复合金属氧化物17-18
• 1.4 影响高温煤气脱硫剂性能的因素18-20
• 1.4.1 黏结剂19
• 1.4.2 造孔剂19
• 1.4.3 温度19
• 1.4.4 气氛效应19
• 1.4.5 空速19-20
• 1.4.6 织构20
• 1.5 织构对高温煤气脱硫性能的影响的研究现况20-24
• 1.5.1 表征织构特性的传统参数21-23
• 1.5.1.1 比表面积21
• 1.5.1.2 孔容21
• 1.5.1.3 孔径及孔径分布21-22
• 1.5.1.4 孔隙率22
• 1.5.1.5 传统参数之间的关系22-23
• 1.5.2 表征织构特性的分形维数23-24
• 1.6 高温煤气脱硫存在的问题24
• 1.7 课题的选择与研究内容24-28
• 1.7.1 课题的选择24-25
• 1.7.2 研究内容25-28
• 第二章 脱硫剂的制备、实验方法与表征手段28-38
• 2.1 脱硫剂的制备28-29
• 2.1.1 脱硫剂的制备流程28
• 2.1.2 制备的脱硫剂编号28-29
• 2.2 脱硫剂活性评价29-34
• 2.2.1 实验装置29-30
• 2.2.2 硫化/再生实验条件30-31
• 2.2.3 实验步聚31-32
• 2.2.4 还原、硫化与再生过程的反应32-33
• 2.2.4.1 还原过程32
• 2.2.4.2 硫化过程32-33
• 2.2.4.3 再生过程33
• 2.2.5 分析测试手段33-34
• 2.2.5.1 进口硫化氢浓度用碘量法测定33-34
• 2.2.5.2 出口硫化氢的浓度用气相色谱检测34
• 2.2.6 脱硫剂的活性评价指标34
• 2.3 脱硫剂的表征34-38
• 2.3.1 XRD34-35
• 2.3.2 孔结构表征35-37
• 2.3.2.1 实验装置35
• 2.3.2.2 压汞测孔实验的几个假定35-36
• 2.3.2.3 压汞测试原理36-37
• 2.3.3 热重分析37
• 2.3.4 强度分析37-38
• 第三章 脱硫剂的物化性质测试38-46
• 3.1 造孔剂的热分解特性38-40
• 3.2 赤泥及粘土的XRD表征40-42
• 3.2.1 赤泥的XRD表征40-41
• 3.2.2 粘土的XRD表征41-42
• 3.3 脱硫剂的比表面积、孔容及孔径分布42-44
• 3.4 脱硫剂的堆密度44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 脱硫剂制备组成对脱硫性能的影响46-64
• 4.1 不同黏结剂对脱硫剂脱硫性能的影响46-48
• 4.1.1 不同黏结剂对脱硫剂一次穿透曲线及硫容的影响46-47
• 4.1.2 不同黏结剂对脱硫剂强度的影响47-48
• 4.2 不同活性组分含量对脱硫剂性能的影响48-49
• 4.3 不同造孔剂对脱硫性能的影响49-51
• 4.4 造孔剂含量对脱硫性能的影响51-52
• 4.5 固定床反应器出口COS浓度的变化52-53
• 4.6 脱硫剂的硫化/再生循环53-63
• 4.6.1 再生温度的选择54-56
• 4.6.2 不同再生温度下脱硫剂的XRD谱图56-58
• 4.6.3 再生氧含量的选择58-60
• 4.6.4 不同O_2含量再生条件下脱硫剂的XRD图60-61
• 4.6.5 脱硫剂DS16硫化/再生循环过程中的XRD图61-62
• 4.6.6 脱硫剂在硫化/再生循环过程中强度的变化62-63
• 4.7 小结63-64
• 第五章 脱硫剂在硫化/再生循环过程中织构的变化64-82
• 5.1 比表面积64-66
• 5.1.1 比表面积与一次硫容的关系64-65
• 5.1.2 脱硫剂硫化/再生循环过程中比表面积的变化65-66
• 5.2 孔容66-68
• 5.2.1 孔容与一次硫容的关系66-67
• 5.2.2 脱硫剂在硫化/再生循环过程中孔容的变化67-68
• 5.3 孔径及孔径分布68-71
• 5.3.1 孔径与一次硫容的关系68-69
• 5.3.2 脱硫剂在硫化/再生循环过程中孔径在500～500(?)的孔容的变化69
• 5.3.3 脱硫剂在硫化/再生循环过程中孔径分布变化69-71
• 5.4 分形71-79
• 5.4.1 分形维数与比表面积的关系75
• 5.4.2 分形维数与孔容的关系75-76
• 5.4.3 分形维数与平均孔径的关系76
• 5.4.4 分形维数与孔隙率的关系76-77
• 5.4.5 分形维数与硫容的关系77-78
• 5.4.6 分形维数与S_0/V_0的关系78
• 5.4.7 脱硫剂硫化前后分形维数的变化78-79
• 5.5 气体的扩散机理79-80
• 5.6 本章小结80-82
• 第六章 全文总结82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 硕士学位期间发表的论文目录89

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