原位制備氧化鋅高溫煤氣脫硫劑及其再生動(dòng)力學(xué)研究

【摘要】：煤炭作為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中最重要的一種,能否實(shí)現(xiàn)對(duì)其高效清潔地開發(fā)利用,成為我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略課題。其中高溫煤氣脫硫作為關(guān)鍵技術(shù)之一,不僅能提高煤炭利用率,同時(shí)對(duì)于改善空氣質(zhì)量也具有重大意義。目前,常用的脫硫劑有鐵基、鋅基及其復(fù)合金屬脫硫劑等,其中氧化鋅基高溫煤氣脫硫劑由于其脫硫精度高,受到了廣泛關(guān)注?？紤]到氧化鋅脫硫劑硫化后會(huì)發(fā)生孔堵塞,導(dǎo)致其活性降低,無法循環(huán)利用,在本次實(shí)驗(yàn)中,先制備出硫化鋅前驅(qū)體,再對(duì)其進(jìn)行原位再生,以期制備出孔結(jié)構(gòu)豐富的氧化鋅脫硫劑。本論文首先采用乙酸鋅和硫化鈉為原料,采用室溫固相法合成納米硫化鋅,并對(duì)其制備工藝進(jìn)行了分析考察,得出其最佳制備工藝。然后以紅土作為粘結(jié)劑,在自制的固定床上對(duì)其進(jìn)行再生實(shí)驗(yàn)制備出氧化鋅脫硫劑,重點(diǎn)研究了幾個(gè)關(guān)鍵因素:再生溫度、再生氧氣濃度、再生空速以及活性組分含量對(duì)其再生性能的影響。并在熱天平上對(duì)氧化鋅脫硫劑在氧氣氣氛下的再生進(jìn)行動(dòng)力學(xué)考察,建立合理的模型,并計(jì)算其反應(yīng)級(jí)數(shù)及表觀動(dòng)力學(xué)參數(shù),為后續(xù)再生研究奠定理論基礎(chǔ)。最后對(duì)原位制備的氧化鋅脫硫劑進(jìn)行再生-硫化循環(huán)實(shí)驗(yàn),測(cè)試其硫化性能,通過XRD、BET、SEM等表征手段對(duì)脫硫劑再生前后進(jìn)行表征,從微觀結(jié)構(gòu)分析其硫容變化的原因。得出的結(jié)論總結(jié)如下:(1)以乙酸鋅和硫化鈉為原料制備納米硫化鋅,通過對(duì)其制備工藝的考察,得出其最佳條件為:添加異丙醇分散劑,反應(yīng)物摩爾比1:1,研磨時(shí)間60 min,烘干時(shí)間:120 min。在該條件下制備出的納米硫化鋅顆粒分布均勻,大小勻稱;(2)在固定床上對(duì)硫化鋅前驅(qū)體進(jìn)行原位再生制備氧化鋅脫硫劑,得出的最佳再生條件為:活性組分(ZnO)含量:35 wt.%,再生溫度:650℃,再生氣氛氧氣濃度:4 vol.%,再生空速:4000 h-1。在該條件下進(jìn)行再生,再生率最高可達(dá)85%,且其機(jī)械性能優(yōu)良;(3)在氧氣氣氛下,在熱天平上對(duì)脫硫劑進(jìn)行再生,對(duì)采集的TG數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,采用均勻反應(yīng)模型計(jì)算其再生反應(yīng)級(jí)數(shù)為一級(jí);(4)采用等效粒子模型,通過阿倫尼烏斯方程計(jì)算其再生化學(xué)反應(yīng)速率指前因子k_(so)為4.450 m/s,化學(xué)反應(yīng)活化能E_a為43.12 kJ/mol;內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)的指前因子D_(eo)為5.42×10-2 m2/s,內(nèi)擴(kuò)散活化能E_p為38.38 kJ/mol;(5)對(duì)制備出的氧化鋅脫硫劑進(jìn)行再生-硫化循環(huán)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其穿透時(shí)間隨著循環(huán)次數(shù)的增加而減少,硫容因其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的變化而降低;(6)對(duì)再生前后的脫硫劑進(jìn)行XRD、BET和SEM表征,發(fā)現(xiàn)再生是一個(gè)造孔的過程,再生后脫硫劑比表面積、孔容、孔徑都有了不同程度的增大;硫化過程是一個(gè)閉孔的過程,硫化后其比表面積、孔容、孔徑都會(huì)減小。 【關(guān)鍵詞】：氧化鋅脫硫劑 高溫煤氣脫硫 原位制備 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】：2016
【分類號(hào)】：TQ546.5
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述及課題選擇11-37
• 1.1 課題背景11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外中高溫煤氣脫硫劑研究進(jìn)展13-26
• 1.2.1 濕法脫硫14
• 1.2.2 干法脫硫14-25
• 1.2.3 小結(jié)25-26
• 1.3 高溫煤氣脫硫劑再生行為研究26-32
• 1.3.1 再生氣氛26-29
• 1.3.2 再生溫度29-31
• 1.3.3 再生空速31-32
• 1.3.4 小結(jié)32
• 1.4 高溫煤氣再生動(dòng)力學(xué)模型32-35
• 1.4.1 未反應(yīng)收縮核模型32-33
• 1.4.2 粒子反應(yīng)模型33-34
• 1.4.3 等效粒子模型34-35
• 1.4.4 小結(jié)35
• 1.5 課題選擇與研究?jī)?nèi)容35-37
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分37-43
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器37-38
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料37
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器37-38
• 2.2 氧化鋅脫硫劑的制備流程38
• 2.3 氧化鋅高溫煤氣脫硫劑的硫化反應(yīng)38-40
• 2.3.1 硫化實(shí)驗(yàn)裝置38-39
• 2.3.2 硫化實(shí)驗(yàn)條件39-40
• 2.4 氣體分析方法40-41
• 2.4.1 H_2S氣體的測(cè)量40
• 2.4.2 SO_2氣體的測(cè)量40-41
• 2.5 脫硫劑的表征41-42
• 2.6 脫硫劑評(píng)價(jià)指標(biāo)42-43
• 第三章 氧化鋅高溫煤氣脫硫劑的制備43-65
• 3.1 引言43-44
• 3.2 納米硫化鋅的制備44-49
• 3.2.1 納米硫化鋅的制備研究44-48
• 3.2.3 納米硫化鋅的表征48-49
• 3.3 氧化鋅脫硫劑的制備49-64
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)條件49-52
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論52-64
• 3.4 小結(jié)64-65
• 第四章 氧氣氣氛下脫硫劑再生動(dòng)力學(xué)研究65-77
• 4.1 引言65
• 4.2 熱重實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)裝置65-66
• 4.2.1 熱重實(shí)驗(yàn)裝置65-66
• 4.2.2 熱重實(shí)驗(yàn)條件66
• 4.3 熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論66-69
• 4.3.1 再生溫度對(duì)脫硫劑再生過程的影響67-68
• 4.3.2 再生氧氣濃度對(duì)脫硫劑再生性能的影響68-69
• 4.4 氧化鋅脫硫劑在氧氣氣氛下的再生表觀動(dòng)力學(xué)分析69-75
• 4.4.1 氧化鋅脫硫劑在O_2氣氛下再生反應(yīng)級(jí)數(shù)的確定69-71
• 4.4.2 表觀動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定71-75
• 4.5 小結(jié)75-77
• 第五章 氧化鋅脫硫劑的硫化行為及其表征77-85
• 5.1 氧化鋅脫硫劑硫化實(shí)驗(yàn)77-79
• 5.2 氧化鋅脫硫劑硫化前后的表征79-85
• 5.2.1 XRD分析79
• 5.2.2 BET分析79-83
• 5.2.3 SEM分析83-85
• 第六章 結(jié)語85-87
• 6.1 結(jié)論85-86
• 6.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)86
• 6.3 展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-99
• 致謝99-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文101

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