Zn/Fe体系湿法催化氧化高效脱除沼气中H_2S回收硫磺研究

【摘要】： 随着我国新能源开发的展开,沼气作为一种新能源,其开发利用显得日益重要,尤其是在广泛的农村地区,进行沼气能源的开发,对生态保护具有不可替代的重要意义。但沼气中含有一定量的硫化氢气体,而硫化氢气体具有腐蚀性、毒性强、污染环境、腐蚀金属、危及人类健康和生命,属严格控制的危险气体。目前对于广大农村众多分散、小规模的家用沼气系统,还没有经济实用的脱硫系统。因此研究适合家用沼气系统的脱硫工艺具有一定的现实意义。 根据金属离子M2+与S2-生成低溶度积MS沉淀的原理,提出以Zn~(2+)溶液吸收H_2S生成ZnS沉淀实现高效脱硫,继而利用吸收液中Fe~(3+)的氧化性氧化ZnS制取硫磺实现硫资源的回收并同时释放出脱硫沉淀剂Zn~(2+)。然后用电解氧化的方法再生出吸收过程消耗的Fe~(3+),实现脱硫组分的再生循环。 本文第一部分用含有ZnCl2、FeCl3和一定助剂的混合溶液作为吸收剂,在自制的筛板鼓泡吸收管中进行吸收实验。考察了各单因素对脱硫效率的影响,确定了Zn/Fe体系适宜的反应条件。在实验室有限条件下,脱硫效率均达到了99.6%以上,脱硫后的沼气中硫化氢含量低于20mg/m3,达到了国家煤气中硫化氢含量标准。吸收液对H_2S的选择性高,生成的硫磺颗粒大、易分离、纯度高。 第二部分,对脱硫机理进行了热力学和电化学分析。热力学分析表明,Zn~(2+)可以快速、高效的脱除H_2S,是一种理想的沉淀H_2S的金属离子;ZnS/S体系电化学分析表明,Fe~(3+)能够有效氧化ZnS制取硫磺。而用双膜理论对吸收的动力学研究表明,Zn~(2+)沉淀H_2S属气膜控制的瞬间不可逆反应。 第三部分则研究了Fe~(3+)的电解氧化过程。实验分别考察槽电压、阴极液中H+浓度、搅拌速率和电解反应温度对电解电流密度的影响,并对实验数据进行因次分析,得到电解反应的动力学方程: 吸收液等电量电解再生后,其成分恢复到初始水平,吸收液可以重复多次循环使用。 【关键词】：沼气 硫化氢 Zn/Fe体系 湿法氧化
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X701.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-14
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 本文研究的主要内容12
• 1.3 研究的创新点12-14
• 第2章 文献综述14-28
• 2.1 沼气简介14-15
• 2.2 国内外脱除H_2S 的研究现状15-28
• 2.2.1 干法脱硫16-19
• 2.2.2 湿法脱硫19-24
• 2.2.3 最新工艺24-26
• 2.2.4 结语26-28
• 第3章 Zn/Fe 体系湿法催化氧化脱除沼气中H_2S 的工艺研究28-38
• 3.1 实验机理28
• 3.2 实验流程及方法28-31
• 3.2.1 实验流程28-29
• 3.2.2 实验方法29
• 3.2.3 分析方法29-31
• 3.3 实验结果31-36
• 3.3.1 初始pH 值对脱硫效率η的影响31-32
• 3.3.2 c(Zn~(2+))对脱硫效率η的影响32
• 3.3.3 c(Fe~(3+))对脱硫效率η的影响32-33
• 3.3.4 c(Fe~(2+))对脱硫效率η的影响33-34
• 3.3.5 气液接触时间t 对脱硫效率η的影响34
• 3.3.6 H_2S 进口浓度c_i 对脱硫效率η的影响34-35
• 3.3.7 温度对脱硫效率η的影响35-36
• 3.3.8 综合条件连续实验结果36
• 3.4 产物分析36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 脱硫机理和动力学分析38-50
• 4.1 H_2S-M~(2＋)-H_20 体系热力学分析38-41
• 4.1.1 H_2S-H_20 体系38-40
• 4.1.2 H_2S-M2+-H_20 体系分析40-41
• 4.2 Fe~(3+)氧化ZnS 电位分析41-46
• 4.2.1 S-H_20 体系41-42
• 4.2.2 ZnS-H_20 体系和Fe~(3+)氧化ZnS 的E-pH 分析42-44
• 4.2.3 Fe~(3+)氧化电位分析44-46
• 4.3 Zn~(2+)吸收H_2S 的动力学分析46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 Fe~(3+)的电解氧化再生研究50-58
• 5.1 实验装置与实验方法50-51
• 5.1.1 电解槽的设计50-51
• 5.1.2 实验方法51
• 5.2 吸收溶液电解的理论基础51-53
• 5.2.1 电极过程51
• 5.2.2 理论耗电量51-52
• 5.2.3 槽压52
• 5.2.4 吸收溶液的导电性52
• 5.2.5 电极的选择52-53
• 5.3 实验结果53-56
• 5.3.1 电解槽的伏安特性53
• 5.3.2 阴极液中c(H~+)的影响53-54
• 5.3.3 搅拌速率s 的影响54-55
• 5.3.4 电解温度T_E 的影响55
• 5.3.5 电解反应的宏观动力学分析55-56
• 5.3.6 Fe~(3+)氧化再生及再生后的脱硫效率56
• 5.4 本章小结56-58
• 第6章 结论58-60
• 参考文献60-65
• 致谢65-66
• 附录：攻读学位期间发表论文66

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