SO_2-O_2協(xié)同作用下Mn_2O_3高溫煤氣脫硫劑的再生行為

【摘要】：隨著社會經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展,能源已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。煤炭資源在我國一次消費(fèi)能源中更是占有重要地位,約占68%。在利用煤炭資源的過程中,充分提高煤炭的利用率,大力開發(fā)和應(yīng)用潔凈煤技術(shù),堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是非常重要的。IGCC、CPG、FC等發(fā)電效率高、污染物排放低、經(jīng)濟(jì)效益好的技術(shù)已成為當(dāng)前煤氣化技術(shù)和高效循環(huán)的煤炭技術(shù)的研究與開發(fā)中重點(diǎn)解決的煤炭潔凈轉(zhuǎn)化利用課題。在這些技術(shù)應(yīng)用中含硫氣體的脫除以及形態(tài)硫的資源化回收過程是相當(dāng)重要的,資源化脫硫要求所選用的脫硫劑除了具有清潔高效的脫硫性能外,還要保證可以經(jīng)得住上百次的硫化/再生循環(huán)使用而其自身性能沒有太大的變化。對脫硫劑的再生性能的研究要全面考慮操作條件、硫資源化回收等關(guān)鍵問題。因此,具有硫資源化回收的SO2-O2協(xié)同再生高溫煤氣脫硫劑的課題研究具有重要的理論意義和使用價值。本文采用共沉淀法自制Mn203金屬氧化物作為高溫煤氣脫硫劑,分別在微分床和積分床固定反應(yīng)器上考察了不同再生氣氛下的反應(yīng)溫度、再生氣濃度、空速對制備的脫硫劑再生行為的影響,并采用XRD、強(qiáng)度儀、SEM、 XPS等手段對再生前后脫硫劑的物相組成、機(jī)械強(qiáng)度、微觀結(jié)構(gòu)、元素分布進(jìn)行表征,推斷了脫硫劑在不同再生氣氛下的反應(yīng)機(jī)理和單質(zhì)硫選擇性。研究結(jié)果表明：Mn2O3高溫煤氣脫硫劑在O2氣氛下的主要再生產(chǎn)物是Mn3O4、SO2和單質(zhì)硫；提高再生溫度和O2濃度,部分Mn3O4會被氧化成Mn2O3,溫度和O2濃度過高會造成脫硫劑燒結(jié)。在400℃下再生速率較小,脫硫劑不能再生完全；升高溫度脫硫劑再生速率增大,單質(zhì)硫選擇性和再生率提高。在微分床低O2濃度下脫硫劑再生率較慢,產(chǎn)生硫酸鹽較少；在微分床高O2濃度以及積分床上脫硫劑增重率隨O2濃度的增大而增大,產(chǎn)生了較多的硫酸鹽。提高空速可以降低生成SO2在床層的累積量,緩解硫酸鹽的生成。Mn2O3高溫煤氣脫硫劑在SO2氣氛下的主要再生產(chǎn)物是Mn3O4、MnSO4及少量的單質(zhì)硫；再生產(chǎn)物在800℃高N2氣氛下熱處理,樣品中的硫酸鹽會分解成Mn3O4和少量Mn2O3。在微分床500℃、1.68%SO2的條件下脫硫劑基本不能再生,升高溫度或提高SO2濃度,脫硫劑再生能力加強(qiáng),但再生速率遠(yuǎn)低于O2氣氛下再生；在積分床800℃、2.1%S02的高溫高SO2濃度條件下脫硫劑不能再生,這可能由于積分床床層過大,脫硫劑粒徑大比較致密,而脫硫劑與SO2再生非常緩慢,因此脫硫劑在積分床上不能被SO2再生。Mn2O3高溫煤氣脫硫劑在SO2-O2協(xié)同氣氛下再生產(chǎn)物主要為Mn3O4、 MnSO4、SO2及少量的單質(zhì)硫。再生主要以02再生控制反應(yīng)速率,溫度越高,進(jìn)口SO2對再生反應(yīng)的影響程度越大,生成的硫酸鹽就越多。保持SO2濃度不變,O2濃度越高產(chǎn)生的硫酸鹽就越多,可見O2濃度的提高對硫酸鹽的生成有一定的促進(jìn)作用。將含有大量硫酸鹽的再生樣在800℃高N2氣氛下進(jìn)行熱處理后可以進(jìn)行多次循環(huán)利用,脫硫劑性能沒有明顯的衰減。從單質(zhì)硫選擇性和硫資源化回收兩方面來考慮,單金屬M(fèi)n2O3高溫煤氣脫硫劑在O2氣氛下再生效果最好,不適合用SO2氣體進(jìn)行再生,也不適在SO2-O2協(xié)同氣氛下再生。 【關(guān)鍵詞】：高溫煤氣脫硫 Mn_2O_3 再生 硫回收 氧氣 二氧化硫
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ546.5
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 文獻(xiàn)綜述與課題選擇13-39
• 1.1 煤炭資源發(fā)展的現(xiàn)狀13-15
• 1.2 高溫煤氣脫硫技術(shù)的研發(fā)概況15-25
• 1.2.1 高溫煤氣脫硫劑15
• 1.2.2 單金屬氧化物15-22
• 1.2.3 復(fù)合金屬氧化物22-24
• 1.2.4 負(fù)載型金屬氧化物24-25
• 1.2.5 小結(jié)25
• 1.3 高溫煤氣脫硫劑的再生25-32
• 1.3.1 再生氣氛25-29
• 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 硫資源的回收現(xiàn)狀32-37
• 1.4.1 含SO_2氣體的硫的回收33-35
• 1.4.2 含H_2S氣體的硫的回收35-36
• 1.4.3 小結(jié)36-37
• 1.5 課題選擇及研究內(nèi)容37-39
• 第二章 實(shí)驗(yàn)試劑、裝置與分析方法39-45
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑39
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置39-41
• 2.2.1 氣體配置流程39-40
• 2.2.2 微分床固定反應(yīng)裝置40
• 2.2.3 積分床固定反應(yīng)裝置40-41
• 2.2.4 固定床恒溫區(qū)的確定41
• 2.3 實(shí)驗(yàn)分析方法41-45
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)分析儀器41-42
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)表征方法42-43
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)分析公式43-45
• 第三章 脫硫劑的制備和評價45-55
• 3.1 脫硫劑的制備45-48
• 3.1.1 聚乙烯醇溶液的制備45
• 3.1.2 脫硫劑的制備45-46
• 3.1.3 脫硫劑的表征46-48
• 3.2 脫硫劑的硫化48-51
• 3.2.1 脫硫劑的預(yù)處理48-49
• 3.2.2 固定床硫化反應(yīng)裝置49-50
• 3.2.3 含硫氣體的分析50
• 3.2.4 硫化條件的確定50-51
• 3.3 硫化實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論51-55
• 3.3.1 微分床硫化實(shí)驗(yàn)51-52
• 3.3.2 積分床硫化實(shí)驗(yàn)52
• 3.3.3 硫化樣的表征及性能測試52-55
• 第四章 O_2氣氛下Mn_2O_3高溫煤氣脫硫劑的再生行為55-89
• 4.1 前言55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)條件55-56
• 4.2.1 脫硫劑再生評價裝置55-56
• 4.2.2 再生條件56
• 4.3 脫硫劑性能評價56-75
• 4.3.1 硫化樣品再生后的XRD譜圖56-57
• 4.3.2 O_2氣氛下脫硫劑在微分床上的再生行為57-64
• 4.3.3 O_2氣氛下脫硫劑在積分床上的再生行為64-75
• 4.4 O_2再生后脫硫劑的表征和再生機(jī)理的探討75-87
• 4.4.1 再生前后脫硫劑微觀形貌75-77
• 4.4.2 再生前后脫硫劑的XPS分析77-86
• 4.4.3 O_2再生機(jī)理的探討86-87
• 4.5 小結(jié)87-89
• 第五章 SO_2氣氛下Mn_2O_3高溫脫硫劑的再生行為89-105
• 5.1 前言89
• 5.2 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)條件89-90
• 5.2.1 脫硫劑再生評價裝置89
• 5.2.3 再生條件89-90
• 5.3 脫硫劑性能評價90-97
• 5.3.1 硫化樣品再生后的XRD譜圖90-91
• 5.3.2 SO_2氣氛下脫硫劑在微分床上的再生行為91-97
• 5.4 SO_2再生后脫硫劑的表征和再生機(jī)理的探討97-103
• 5.4.1 再生前后脫硫劑微觀形貌97-98
• 5.4.2 再生前后脫硫劑的XPS分析98-102
• 5.4.3 SO_2再生機(jī)理的探討102-103
• 5.5 小結(jié)103-105
• 第六章 SO_2-O_2協(xié)同氣氛下Mn_2O_3高溫脫硫劑的再生行為105-123
• 6.1 前言105
• 6.2 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)條件105-106
• 6.2.1 脫硫劑再生評價裝置105
• 6.2.2 再生條件105-106
• 6.3 脫硫劑性能評價106-115
• 6.3.1 硫化樣品再生后的XRD譜圖106-107
• 6.3.2 O_2-SO_2協(xié)同氣氛下脫硫劑在微分床上的再生行為107-113
• 6.3.3 硫化-再生循環(huán)113-115
• 6.4 O_2-SO_2協(xié)同再生后脫硫劑的表征和再生機(jī)理的探討115-122
• 6.4.1 再生前后脫硫劑微觀形貌115-117
• 6.4.2 再生前后脫硫劑的XPS分析117-121
• 6.4.3 SO_2-O_2再生機(jī)理的探討121-122
• 6.5 小結(jié)122-123
• 第七章 總結(jié)123-127
• 7.1 結(jié)論123-124
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)124
• 7.3 今后工作設(shè)想124-127
• 參考文獻(xiàn)127-135
• 致謝135-136
• 碩士期間發(fā)表論文136

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