氧化鐵/褐煤半焦中高溫煤氣脫硫劑再生行為及動(dòng)力學(xué)研究

【摘要】：煤炭作為一種豐富的化石燃料,在人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程中做出了巨大的貢獻(xiàn),并且在將來很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的重要地位仍不會(huì)改變。然而,煤炭中有許多有害元素,如：硫、砷、汞等。在煤炭氣化和熱解生產(chǎn)的原料氣中含有大量的污染物,如灰塵、含硫氣體等。其中,含硫氣體主要包含硫化氫,可導(dǎo)致腐蝕設(shè)備和催化劑中毒,此外,含硫氣體排放后會(huì)氧化生成二氧化硫,進(jìn)而形成酸雨。因此,必須對(duì)原料氣進(jìn)行凈化處理。 本論文采用的脫硫劑為超聲波輔助共沉淀法制備的氧化鐵/褐煤半焦脫硫劑,在固定床上進(jìn)行脫硫劑的再生實(shí)驗(yàn)研究,分別考察了在含氧氣氛和水氧混合氣氛下,再生溫度、空速、再生氣濃度對(duì)脫硫劑再生性能的影響,并通過XRD、XPS、BET和SEM等表征手段,探討不同氣氛下的再生反應(yīng)機(jī)理。通過熱重分析,對(duì)氧氣氣氛下脫硫劑的再生動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了初步的研究,最終得出結(jié)論如下： (1)在氧氣氣氛下再生時(shí),再生尾氣中主要含硫物質(zhì)為SO2,還有微量的單質(zhì)硫生成。再生后脫硫劑的主要活性組分為Fe2O3；提高再生溫度、空速和氧氣濃度均有利于縮短再生反應(yīng)時(shí)間；從再生時(shí)間和再生率的角度考慮,氧氣氣氛下最佳的再生條件為：再生溫度650℃,空速3000h-1,氧氣濃度6vol.%。 (2)在氧氣氣氛下,用熱天平裝置對(duì)脫硫劑的再生動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明：較高的再生溫度和氧氣體積分?jǐn)?shù)都有利于提高脫硫劑的再生速率；利用均勻反應(yīng)模型確定了氧氣氣氛下脫硫劑再生反應(yīng)級(jí)數(shù)為一級(jí)反應(yīng)；通過阿倫尼烏斯方程計(jì)算得出再生反應(yīng)的表觀動(dòng)力學(xué)參數(shù),表觀化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)的指前因子kso為4.43×10-2m/s,化學(xué)反應(yīng)活化能Ea為14.73kJ/mol；有效擴(kuò)散系數(shù)的指前因子Deo為5.77×10-4m2/s,擴(kuò)散活化能Ep為31.32kJ/mol。 (3)在水氧混合氣氛下再生時(shí),再生尾氣中的含硫氣體主要為H2S和S02,以及大量的單質(zhì)硫,脫硫劑活性組分再生產(chǎn)物主要為Fe2O3。較低的再生溫度和較高的水氧比均有利于單質(zhì)硫的生成。為保證脫硫劑再生率和回收元素硫的最大化,水氧混合氣氛下最佳的再生條件為：再生溫度600℃,再生空速3000h-1,H2O/O2=40。 本文還通過XRD和XPS等表征方法,分析了氧氣氣氛和水氧混合氣氛下脫硫劑再生反應(yīng)前中后的物相變化情況,探討再生氣氛下的主要化學(xué)反應(yīng),提出合適的再生反應(yīng)機(jī)理。 【關(guān)鍵詞】：褐煤半焦 中高溫煤氣 脫硫劑 氧化鐵 再生 動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TQ546.5
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目錄8-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述及選題意義11-25
• 1.1 IGCC技術(shù)概述11-12
• 1.2 中高溫煤氣脫硫劑的研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 單一金屬氧化物12-14
• 1.2.2 復(fù)合金屬氧化物脫硫劑14-15
• 1.2.3 負(fù)載型金屬氧化物脫硫劑15-17
• 1.3 高溫煤氣脫硫劑的再生17-19
• 1.3.1 再生機(jī)理17
• 1.3.2 再生溫度的影響17-18
• 1.3.3 再生空速的影響18
• 1.3.4 再生氣氛的影響18-19
• 1.4 褐煤半焦制備方法19-22
• 1.4.1 物理活化法19-20
• 1.4.2 化學(xué)活化法20-22
• 1.5 課題的選擇及研究?jī)?nèi)容22-25
• 第二章 氧化鐵/褐煤半焦中高溫煤氣脫硫劑的制備、硫化及分析表征的方法25-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)試劑25
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器25
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑25
• 2.2 脫硫劑的制備25-30
• 2.2.1 脫硫劑前軀體的制備25-29
• 2.2.2 脫硫劑的制備29-30
• 2.2.3 脫硫劑的組分含量及其物性參數(shù)30
• 2.3 脫硫劑的硫化實(shí)驗(yàn)30-31
• 2.3.1 固定床硫化反應(yīng)裝置30-31
• 2.3.2 硫化條件31
• 2.4 脫硫劑的再生實(shí)驗(yàn)31-32
• 2.4.1 再生實(shí)驗(yàn)裝置31-32
• 2.5 氣體分析方法32-34
• 2.6 脫硫劑的分析與表征34-35
• 2.6.1 脫硫劑中硫含量測(cè)定34
• 2.6.2 脫硫劑的機(jī)械強(qiáng)度34
• 2.6.3 脫硫劑的物相組成34
• 2.6.4 脫硫劑的表面元素及分布34
• 2.6.5 脫硫劑的孔徑分布34
• 2.6.6 脫硫劑的微觀結(jié)構(gòu)34-35
• 2.7 脫硫劑的評(píng)價(jià)指標(biāo)35-37
• 第三章 氧氣氣氛下氧化鐵/褐煤半焦脫硫劑的再生行為37-51
• 3.1 再生條件37
• 3.2 溫度對(duì)脫硫劑再生性能的影響37-38
• 3.3 空速對(duì)脫硫劑再生性能的影響38-39
• 3.4 氧氣濃度對(duì)脫硫劑再生性能的影響39-41
• 3.5 硫化-再生循環(huán)41-46
• 3.6 氧氣再生反應(yīng)機(jī)理的探討46-49
• 3.7 小結(jié)49-51
• 第四章 氧氣氣氛下氧化鐵/褐煤半焦脫硫劑的再生動(dòng)力學(xué)研究51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)步驟51-52
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置51-52
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)條件及步驟52
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論52-60
• 4.3.1 再生溫度對(duì)脫硫劑再生過程的影響52-54
• 4.3.2 再生反應(yīng)氣中O_2濃度對(duì)脫硫劑再生過程的影響54-55
• 4.3.3 氧化鐵/褐煤半焦脫硫劑再生表觀動(dòng)力學(xué)行為分析55-60
• 4.4 小結(jié)60-61
• 第五章 水氧混合氣氛下氧化鐵/褐煤半焦脫硫劑的再生行為61-77
• 5.1 再生條件61
• 5.2 溫度對(duì)脫硫劑再生性能的影響61-63
• 5.3 H_2O/O_2對(duì)脫硫劑再生性能的影響63-65
• 5.4 空速對(duì)脫硫劑再生性能的影響65-66
• 5.5 硫化-再生循環(huán)66-72
• 5.6 水氧混合氣氛下再生反應(yīng)機(jī)理的探討72-74
• 5.7 小結(jié)74-77
• 第六章 結(jié)語(yǔ)77-79
• 6.1 結(jié)論77-78
• 6.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)78
• 6.3 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 致謝85-87
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄87

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