氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑再生研究

【摘要】： 煤炭是世界上最豐富的化石燃料資源，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電是二十一世紀很有發(fā)展前途的一項高效率、低污染的燃煤發(fā)電技術，它不僅能滿足日趨嚴格的環(huán)境保護要求，而且可以顯著提高發(fā)電效率。高溫煤氣脫硫凈化是IGCC的關鍵技術之一，而脫硫劑的再生和再生過程中硫回收是高溫煤氣脫硫技術的主要過程。深入了解脫硫劑在不同再生氣氛、不同再生操作條件下對再生行為的影響，有助于促進高溫煤氣脫硫劑的工業(yè)化使用。 氧化鐵資源豐富，價格低廉，具有高硫容和快速反應性能，而且在水氧混合氣氛下再生能夠產生單質硫。本論文結合“973”項目“氣化煤氣與熱解煤氣共制合成氣的多聯(lián)產應用的基礎研究(2005CB221203)”中凈化脫硫和硫回收的要求，選用以鋼廠赤泥為主要原料制備出的氧化鐵粗脫硫劑作為研究對象，在固定床反應裝置上，分別在氧氣氛、水氣氛、水氧混合氣氛中考察了溫度、空速、再生氣濃度對初次再生行為和二次硫化行為的影響，并通過XRD、XPS、SEM、壓汞等表征手段和測試方法，探討與分析了再生機理和再生前后脫硫劑的結構變化。 實驗結果表明：含氧氣氛下再生，再生尾氣中氣體含硫組分主要是SO_2，以及微量的單質硫；脫硫劑再生后主要組分是Fe_2O_3。提高再生溫度，空速以及氧氣濃度都可以提高出口尾氣中含硫濃度；生成硫酸鹽是脫硫劑再生增重、再生率降低、脫硫劑二次硫化活性下降的主要原因；在400℃～700℃溫度范圍內，再生溫度提高可以縮短再生時間，但對再生率的影響不是很大；空速提高可以加快再生反應的進行，并可以降低硫酸鹽的生成，提高再生率，但是當空速超過4000h~(-1)，脫硫劑的再生率開始下降；氧濃度的增大易造成硫酸鹽生成速率增大，當氧含量超過6％以后，阻礙進一步的再生反應。 水汽氣氛下再生，再生尾氣中氣體含硫組分主要是H_2S；脫硫劑再生后主要組分是Fe_3O_4和FeO。在水汽氣氛下，脫硫劑再生較為完全，再生率能達到95％。但再生時間較長。再生以后，大孔數目有所增多，平均孔徑增大。多次硫化／再生循環(huán)，脫硫劑活性變化不大；在400℃～700℃溫度范圍內，溫度提高可以縮短再生時間，提高再生率；空速提高可以加快再生反應的進行，4000h~(-1)再生率達到最高；提高水汽濃度可以縮短再生時間，提高尾氣中含硫濃度，利于硫回收，700℃、4000h~(-1)和60％(vol)H_2O時候脫硫劑再生效果最好，多次硫化／再生循環(huán)，硫化活性和硫容幾乎不變。 水蒸汽-氧氣混合氣氛下再生，再生尾氣中氣體中除了含有H_2S、SO_2，還有大量的單質S；脫硫劑再生后主要組分是Fe_2O_3。在水氧混合氣氛下再生，較之在兩者單獨氣氛下再生，脫硫劑的表面孔結構發(fā)生明顯變化，總孔表面積不變，但是開孔率，孔徑等都發(fā)生明顯變化；溫度對再生率和單質硫的產率都有較大的影響，在400℃～700℃溫度范圍內，600℃時候再生率和單質硫產率都是最大的；空速提高可以加快再生反應的進行，但是空速過大會影響Claus反應的進行，影響單質硫產率，較小的空速利于單質硫的產生，較大的空速利于脫硫劑的再生率的提高；H_2O／O_2值的提高，可以提高脫硫劑的再生率和單質硫產率。 本論文還通過XRD，XPS等表征手段，對再生各個階段的樣品的物相組成變化進行了跟蹤，較為系統(tǒng)深入的研究了鐵基脫硫劑在氧氣氛，水氣氛以及水氧混合氣氛下再生過程中發(fā)生的主要反應，提出了完整的再生機理。 【關鍵詞】：高溫煤氣 氧化鐵脫硫劑 再生氣氛 再生機理 硫回收
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TQ546.5
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-10
• 目錄10-13
• 第一章 文獻綜述與課題選擇13-31
• 1.1 IGCC技術的發(fā)展13-14
• 1.2 高溫煤氣脫硫劑的研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 高溫煤氣脫硫劑14-16
• 1.2.2 鐵基高溫煤氣脫硫劑16-17
• 1.2.3 鋅基高溫煤氣脫硫劑17-18
• 1.2.4 其它高溫煤氣脫硫劑18-19
• 1.2.5 小結19-20
• 1.3 高溫煤氣脫硫劑的再生20-24
• 1.3.1 再生機理20
• 1.3.2 再生溫度20-21
• 1.3.3 再生空速21-22
• 1.3.4 再生氣氛22-24
• 1.3.5 小結24
• 1.4 硫回收的現(xiàn)狀24-29
• 1.4.1 含H_2S氣體的硫回收24-25
• 1.4.2 含SO_2氣體的硫回收25-28
• 1.4.3 克勞斯硫回收28-29
• 1.4.4 小結29
• 1.5 課題的選擇以及實驗內容29-31
• 第二章 脫硫劑的制備、評價與表征方法31-39
• 2.1 脫硫劑的制備過程31
• 2.2 脫硫劑的硫化31-33
• 2.2.1 H_2S氣體的配制31-32
• 2.2.2 硫化裝置32-33
• 2.2.3 硫化條件33
• 2.3 脫硫劑的再生33-34
• 2.4 分析方法34-38
• 2.4.1 常規(guī)氣體分析34
• 2.4.2 含硫氣體分析34-36
• 2.4.3 恒溫區(qū)選擇36
• 2.4.4 固體硫化物硫容測定36-37
• 2.4.5 脫硫劑表征方法37-38
• 2.5 評價指標38-39
• 第三章 含氧氣氛下氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑再生行為39-57
• 3.1 再生條件39
• 3.2 溫度對脫硫劑再生性能的影響39-42
• 3.3 空速對脫硫劑再生性能的影響42-44
• 3.4 氧濃度對脫硫劑再生性能的影響44-45
• 3.5 氧氣再生反應機理探討45-52
• 3.6 硫化-再生循環(huán)52-53
• 3.7 脫硫劑硫化/再生過程中孔結構的變化53-56
• 3.8 小結56-57
• 第四章 含水蒸氣氛下氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑再生行為57-72
• 4.1 再生條件57
• 4.2 溫度對脫硫劑再生性能的影響57-59
• 4.3 空速對脫硫劑再生性能的影響59-60
• 4.4 水蒸氣濃度對脫硫劑再生性能的影響60-62
• 4.5 水蒸氣再生反應機理探討62-67
• 4.6 硫化-再生循環(huán)67-69
• 4.7 脫硫劑硫化/再生過程中孔結構的變化69-70
• 4.8 小結70-72
• 第五章 水氧混合氣氛下氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑再生行為72-91
• 5.1 再生條件72
• 5.2 溫度對脫硫劑再生性能的影響72-75
• 5.3 空速對脫硫劑再生性能的影響75-78
• 5.4 H_2O/O_2對脫硫劑再生性能的影響78-81
• 5.5 氧水混合氣氛再生反應機理探討81-86
• 5.6 硫化-再生循環(huán)86-87
• 5.7 脫硫劑硫化/再生過程中孔結構的變化87-90
• 5.8 小結90-91
• 第六章 結語91-94
• 6.1 結論91-92
• 6.2 論文特點92-93
• 6.3 今后工作設想93-94
• 參考文獻94-101
• 致謝101-102
• 碩士期間發(fā)表論文目錄102

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