原位制备氧化锌高温煤气脱硫剂及其再生动力学研究

发布时间：2020-05-28 23:00

【摘要】：煤炭作为我国能源结构中最重要的一种,能否实现对其高效清洁地开发利用,成为我国能源可持续发展的战略课题。其中高温煤气脱硫作为关键技术之一,不仅能提高煤炭利用率,同时对于改善空气质量也具有重大意义。目前,常用的脱硫剂有铁基、锌基及其复合金属脱硫剂等,其中氧化锌基高温煤气脱硫剂由于其脱硫精度高,受到了广泛关注。考虑到氧化锌脱硫剂硫化后会发生孔堵塞,导致其活性降低,无法循环利用,在本次实验中,先制备出硫化锌前驱体,再对其进行原位再生,以期制备出孔结构丰富的氧化锌脱硫剂。本论文首先采用乙酸锌和硫化钠为原料,采用室温固相法合成纳米硫化锌,并对其制备工艺进行了分析考察,得出其最佳制备工艺。然后以红土作为粘结剂,在自制的固定床上对其进行再生实验制备出氧化锌脱硫剂,重点研究了几个关键因素:再生温度、再生氧气浓度、再生空速以及活性组分含量对其再生性能的影响。并在热天平上对氧化锌脱硫剂在氧气气氛下的再生进行动力学考察,建立合理的模型,并计算其反应级数及表观动力学参数,为后续再生研究奠定理论基础。最后对原位制备的氧化锌脱硫剂进行再生-硫化循环实验,测试其硫化性能,通过XRD、BET、SEM等表征手段对脱硫剂再生前后进行表征,从微观结构分析其硫容变化的原因。得出的结论总结如下:(1)以乙酸锌和硫化钠为原料制备纳米硫化锌,通过对其制备工艺的考察,得出其最佳条件为:添加异丙醇分散剂,反应物摩尔比1:1,研磨时间60 min,烘干时间:120 min。在该条件下制备出的纳米硫化锌颗粒分布均匀,大小匀称;(2)在固定床上对硫化锌前驱体进行原位再生制备氧化锌脱硫剂,得出的最佳再生条件为:活性组分(ZnO)含量:35 wt.%,再生温度:650℃,再生气氛氧气浓度:4 vol.%,再生空速:4000 h-1。在该条件下进行再生,再生率最高可达85%,且其机械性能优良;(3)在氧气气氛下,在热天平上对脱硫剂进行再生,对采集的TG数据进行分析,采用均匀反应模型计算其再生反应级数为一级;(4)采用等效粒子模型,通过阿伦尼乌斯方程计算其再生化学反应速率指前因子k_(so)为4.450 m/s,化学反应活化能E_a为43.12 kJ/mol;内扩散系数的指前因子D_(eo)为5.42×10-2 m2/s,内扩散活化能E_p为38.38 kJ/mol;(5)对制备出的氧化锌脱硫剂进行再生-硫化循环实验,发现其穿透时间随着循环次数的增加而减少,硫容因其内部孔隙结构的变化而降低;(6)对再生前后的脱硫剂进行XRD、BET和SEM表征,发现再生是一个造孔的过程,再生后脱硫剂比表面积、孔容、孔径都有了不同程度的增大;硫化过程是一个闭孔的过程,硫化后其比表面积、孔容、孔径都会减小。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ546.5

【引证文献】