鐵鋅基中高溫煤氣脫硫劑的研究

【摘要】：本文在300～550℃的中高溫范圍內(nèi)進行了鐵鋅基脫硫劑的開發(fā)。比較了共沉淀法、均勻沉淀法和溶膠凝膠法制備鐵酸鋅脫硫劑的制備工藝。研究了活性助劑添加對鐵鋅基脫硫劑脫硫硫容及循環(huán)穩(wěn)定性的影響。得出了反應壓力、進口氣氛組成及再生溫度對脫硫劑性能的影響。并研究了利用陶粒載體擔載鐵鋅基脫硫劑活性組分得到成型脫硫劑的脫硫性能及磨耗性能,分析該方法制備成型脫硫劑的可行性。 優(yōu)化共沉淀法、均勻沉淀法和溶膠凝膠法鐵酸鋅脫硫劑制備工藝,得最佳工藝分別為：共沉淀法為金屬離子總濃度0.6mol/L,沉淀溫度80℃,焙燒溫度600℃；均勻沉淀法為焙燒溫度500℃,尿素溶液與硝酸鹽濃比1：10；溶膠凝膠法為焙燒溫度600℃和反應pH=7。三種最優(yōu)制備工藝下所得脫硫劑硫容分別為38.8、31.2和25.4gS/100g脫硫劑,表明共沉淀法所制脫硫劑的性能優(yōu)于均勻沉淀法和溶膠凝膠法,綜合考慮制備工藝及脫硫劑的活性,優(yōu)先選擇共沉淀法制備脫硫劑進行研究。 Cu、Mn、Co、Ni、Ce活性助劑添加對鐵鋅基脫硫劑脫硫性能影響的實驗表明：最佳添加助劑為Cu,最佳添加量為10%。此時所得ZFDCu10脫硫劑硫容為41.2g S/100g脫硫劑,相比未添加Cu助劑的脫硫劑硫容提高,循環(huán)穩(wěn)定性能增強。XRD和SEM對鐵鋅基脫硫劑的表征結(jié)果表明加入Cu助劑后少量的ZnO、CuO可阻礙ZnFe2O4晶粒聚集,增強鐵鋅基脫硫劑活性組分的分散性,避免大晶粒的ZnFe2O4硫化時形成較多的產(chǎn)物層而降低脫硫劑的利用率。實驗結(jié)果為制備脫硫性能較好的Cu-Zn-Fe脫硫劑提供了理論依據(jù)。 以ZFDCu10脫硫劑為例,考察了反應壓力、進口氣氛組成及再生溫度對脫硫劑性能的影響。實驗結(jié)果表明：相同煤氣條件下加壓有利于脫硫劑脫硫；不同H2S及H2濃度下ZFDCu10脫硫劑硫化性能較穩(wěn)定；CO濃度對脫硫劑的脫硫性能有促進作用；再生溫度為510、555、600℃的研究表明,ZFDCu10在600℃再生溫度下循環(huán)性能更穩(wěn)定。 以陶粒為載體對ZFDCu10脫硫劑進行擔載成型研究,采用E3法對成型工藝進行改性正交試驗,得到各制備因素對脫硫劑硫容的影響水平由大到小依次為：聚丙烯酰胺/陶粒質(zhì)量比(C)鋁酸鈉/陶粒質(zhì)量比(B)ZFDCu10/陶粒質(zhì)量比(D)陶粒粒徑(A),脫硫劑最佳工藝條件為：C1B2D2A1,即聚丙烯酰胺/陶粒質(zhì)量比為0.0%,鋁酸鈉/陶粒質(zhì)量比為27%,ZFDCu10/陶粒質(zhì)量比(D)為33%,陶粒粒徑為0.3-0.5mm,此條件下所得脫硫劑硫容為8.1g S/100g脫硫劑,對此脫硫劑進行磨耗循環(huán)性能測試,結(jié)果表明隨著循環(huán)次數(shù)的增加,脫硫劑硫容下降幅度較大,結(jié)合SEM及EDS表征結(jié)果表明：雖然陶粒表面孔隙豐富,可作為載體,但擔載后脫硫劑磨耗循環(huán)性能不穩(wěn)定可能是由于脫硫劑制備過程中,富有粘性的擬薄水鋁石在陶粒表面發(fā)生團聚現(xiàn)象,使得Zn-Fe-Cu活性組分擔載不均勻。 【關鍵詞】：鐵鋅基 共沉淀 高溫煤氣 脫硫
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（工程熱物理研究所）
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：X701.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 圖目錄12-14
• 表目錄14-15
• 1 緒論15-21
• 1.1 引言15
• 1.2 中高溫煤氣脫硫劑開發(fā)現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 單金屬脫硫劑16-17
• 1.2.2 復合金屬氧化物17-19
• 1.2.3 本節(jié)小結(jié)19-20
• 1.3 本論文選題意義與研究內(nèi)容20-21
• 2 實驗裝置及測試手段21-25
• 2.1 實驗儀器21
• 2.2 實驗裝置21-23
• 2.3 實驗方法23-24
• 2.4 脫硫劑評價指標24-25
• 2.4.1 硫容24-25
• 3 鐵酸鋅脫硫劑的制備25-41
• 3.1 共沉淀法制備鐵酸鋅脫硫劑25-32
• 3.1.1 鐵酸鋅共沉淀制備工藝25-26
• 3.1.2 反應溫度的影響26-27
• 3.1.3 焙燒溫度的影響27-29
• 3.1.4 金屬離子總濃度的影響29-30
• 3.1.5 沉淀條件的影響30-31
• 3.1.6 XRD分析31-32
• 3.2 均勻沉淀法制備鐵酸鋅脫硫劑32-35
• 3.2.1 鐵酸鋅均勻沉淀制備工藝32-33
• 3.2.2 反應溫度的影響33-34
• 3.2.3 尿素添加量的影響34-35
• 3.2.4 焙燒溫度的影響35
• 3.3 溶膠凝膠法制備鐵酸鋅脫硫劑35-39
• 3.3.1 鐵酸鋅溶膠凝膠制備工藝36-37
• 3.3.2 反應溫度的影響37-38
• 3.3.3 pH值的影響38
• 3.3.4 焙燒溫度的影響38-39
• 3.4 討論39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 4 鐵鋅基脫硫劑的硫化性能及循環(huán)性能研究41-57
• 4.1 助劑對鐵鋅基脫硫劑脫硫性能的影響41-43
• 4.2 助劑對鐵鋅基脫硫劑循環(huán)性能的影響43-46
• 4.2.1 ZFD0脫硫劑循環(huán)性能的研究43-44
• 4.2.2 ZFDMn10脫硫劑循環(huán)性能的研究44-45
• 4.2.3 ZFDCu10脫硫劑循環(huán)性能的研究45-46
• 4.2.4 鐵鋅基脫硫劑循環(huán)性能比較46
• 4.3 Cu助劑添加量研究46-48
• 4.4 反應工況對Cu-Fe-Zn脫硫劑硫化性能的影響48-54
• 4.4.1 反應壓力對Cu-Fe-Zn脫硫劑硫化性能的影響48-49
• 4.4.2 H_2S含量對Cu-Fe-Zn脫硫劑硫化性能的影響49-50
• 4.4.3 CO含量對Cu-Fe-Zn脫硫劑硫化性能的影50-51
• 4.4.4 H_2含量對Cu-Fe-Zn脫硫劑硫化性能的影響51-52
• 4.4.5 再生溫度對Cu-Fe-Zn脫硫劑硫化性能的影響52-54
• 4.5 討論54-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 5 脫硫劑造粒成型研究57-67
• 5.1 載體的選擇57
• 5.2 Cu-Zn-Fe/陶粒復合三元脫硫劑的制備57-63
• 5.2.1 E1法制備Cu-Zn-Fe/陶粒復合三元脫硫劑58-59
• 5.2.2 E2法制備Cu-Zn-Fe/陶粒復合三元脫硫劑59-60
• 5.2.3 E3法制備Cu-Zn-Fe/陶粒復合三元脫硫劑60-63
• 5.3 脫硫劑磨耗性能63-64
• 5.3.1 脫硫劑磨耗實驗步驟63
• 5.3.2 脫硫劑磨耗循環(huán)63-64
• 5.4 SEM、EDS表征64-65
• 5.5 本章小結(jié)65-67
• 6 結(jié)論與展望67-69
• 6.1 結(jié)論67-68
• 6.2 本論文創(chuàng)新點68
• 6.3 展望68-69
• 參考文獻69-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文73-75
• 致謝75

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