介孔高溫煤氣脫硫劑的研制與性能研究

【摘要】：近年來，人們對(duì)金屬氧化物作為高溫煤氣脫硫劑進(jìn)行了深入的研究。為了解決金屬氧化物的燒結(jié)、利用率低和粉化等技術(shù)難題，我們制備了高比表面積的介孔金屬氧化物脫硫劑，并且研究了它們的高溫煤氣脫硫性能和穩(wěn)定再生性能。 采用濕法浸漬方法制備了不同Cu/Mn原子比例的Cu_xMn_y/SBA-15脫硫劑，并且在700-850℃的溫度區(qū)間內(nèi)測試了它們的脫硫性能。800℃條件下的Cu_1Mn_9/SBA-15的穿透(有效)硫容為13.8g單質(zhì)硫/100g脫硫劑，其穿透硫容顯著高于40wt%LaFeO_3/SBA-15和50wt%LaFe_2O_x/MCM-41在500-550℃條件下的穿透硫容（前者為4.8g-單質(zhì)硫/100g-脫硫劑，后者為5.58g-單質(zhì)硫/100g-脫硫劑）。這表明，濕法浸漬法制備的負(fù)載于SBA-15的Cu/Mn氧化物脫硫劑具有高熱穩(wěn)定性，其脫硫性能也大幅度提高。一定比例的氧化銅的摻雜保證了氧化錳具有較高的分散性，九次連續(xù)的800℃脫硫-再生循環(huán)性能測試顯示，Cu_1Mn_9/SBA-15具有穩(wěn)定的可再生性能。反應(yīng)-再生前后樣品的BET、HRTEM和SAXRD表征結(jié)果證實(shí)，使用前后脫硫劑的介孔結(jié)構(gòu)依然緊致有序。 為了提高脫硫劑在多次脫硫-再生循環(huán)的穩(wěn)定性能，具有三維孔道結(jié)構(gòu)的KIT-6被用于脫硫劑載體。我們采用濕法浸漬方法制備了不同La/Mn原子比例的La_xMn_y/KIT-6脫硫劑，并且在700-850℃溫度區(qū)間內(nèi)測試了它們的脫硫性能。800℃條件下La_3Mn_(97)/KIT-6脫硫性能最好，其穿透硫容為11.56g單質(zhì)硫/100g脫硫劑。八次連續(xù)脫硫(800℃)-再生(600℃)循環(huán)測試結(jié)果表明，La_3Mn_(97)/KIT-6脫硫劑顯示了良好的穩(wěn)定再生性能，并且保持了80%的初始硫容。采用BET、XRD、HRTEM和H_2-TPR等多種手段對(duì)使用前后的脫硫劑進(jìn)行了表征。新鮮樣品和使用后樣品的XRD譜圖和HRTEM圖像結(jié)果顯示，采用KIT-6作為載體有效地抑制了Mn_2O_3的聚集，從而大幅度提高了其穩(wěn)定再生性能。 我們應(yīng)用軟模板法制備介孔無負(fù)載純金屬氧化物脫硫劑的探索性工作,考察了脫硫劑的脫硫活性，并且采用了BET及XRD等技術(shù)對(duì)其脫硫劑進(jìn)行表征。 【關(guān)鍵詞】：高溫煤氣脫硫 氧化錳 熱穩(wěn)定性 SBA-15 KIT-6
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TQ546.5
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 文獻(xiàn)綜述9-33
• 1.1 研究背景9-13
• 1.1.1 傳統(tǒng)脫硫技術(shù)10-13
• 1.2 煤氣脫硫13-22
• 1.2.1 IGCC 系統(tǒng)介紹13
• 1.2.2 高溫煤氣脫硫方法及金屬氧化物脫硫劑13-22
• 1.3 金屬氧化物負(fù)載多孔載體脫硫劑22-32
• 1.3.1 微孔材料負(fù)載的脫硫劑22-23
• 1.3.2 介孔材料負(fù)載的脫硫劑23-24
• 1.3.3 介孔材料的發(fā)展及作為脫硫劑載體的研究進(jìn)展24-32
• 1.4 本論文主要工作內(nèi)容32-33
• 第二章 脫硫劑的表征方法與性能測試33-42
• 2.1 主要試劑33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器33-34
• 2.3 脫硫劑表征34-37
• 2.3.1 氮?dú)馕叫阅?BET)表征34-35
• 2.3.2 X-射線衍射（XRD）表征35-36
• 2.3.3 X-射線光電子能譜（XPS）表征36
• 2.3.4 高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）表征36
• 2.3.5 紅外光譜（FT-IR）表征36
• 2.3.6 熱重（TG）和差示掃描量熱（DSC）分析36-37
• 2.3.7 程序升溫還原（TPR）表征37
• 2.4 脫硫劑的活性與再生性能測試37-42
• 2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定38-39
• 2.4.2 硫化氫的濃度分析39-40
• 2.4.3 計(jì)算方法40-42
• 第三章 高穩(wěn)定性 Cu_xMn_y/SBA-15 脫硫劑的制備和性能研究42-62
• 3.1 脫硫劑的制備43-44
• 3.1.1 載體的制備43
• 3.1.2 脫硫劑的制備43-44
• 3.2 結(jié)果與討論44-61
• 3.2.1 氮?dú)馕叫阅?BET)表征44-46
• 3.2.2 HRTEM 圖像和 EDX 分析46-48
• 3.2.3 X-射線衍射(XRD)表征48-51
• 3.2.4 活性物種的 XPS 和 XAES 表征51-54
• 3.2.5 熱重(TG)及差示掃描量熱(DSC)分析54-56
• 3.2.6 脫硫劑的活性測試56-61
• 3.3 本章小結(jié)61-62
• 第四章 高穩(wěn)定性 La_xMn_y/KIT-6 脫硫劑的制備和性能研究62-89
• 4.1 前言62-63
• 4.2 脫硫劑制備63-64
• 4.2.1 載體 KIT-6 的合成63
• 4.2.2 脫硫劑 La_xMn_y/KIT-6 的合成63-64
• 4.3 結(jié)果與討論64-87
• 4.3.1 脫硫劑的氮?dú)馕叫阅埽˙ET）表征64-68
• 4.3.2 X-射線衍射(XRD)表征68-72
• 4.3.3 HRTEM 圖像和 SAED 衍射分析72-78
• 4.3.4 程序升溫還原（H2-TPR）表征78-79
• 4.3.5 脫硫劑的活性測試79-87
• 4.4 本章小結(jié)87-89
• 第五章 中孔復(fù)合金屬氧化物脫硫劑的制備與性能初探89-97
• 5.1 前言89-90
• 5.2 系列復(fù)合氧化物制備90-91
• 5.3 結(jié)果與討論91-96
• 5.3.1 氮?dú)馕叫阅?BET)表征91-93
• 5.3.2 X-射線衍射（XRD）表征93-94
• 5.3.3 脫硫劑的活性測試94-96
• 5.4 本章小結(jié)96-97
• 第六章 總結(jié)與展望97-100
• 6.1 本文主要結(jié)論97-98
• 6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)98-99
• 6.3 展望99-100
• 參考文獻(xiàn)100-114
• 發(fā)表論文和科研情況說明114-115
• 致謝115

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