锆添加剂对铁铈复合基高温煤气脱硫剂再生行为的影响

发布时间：2020-07-15 11:20

【摘要】：煤炭在我国一次能源消费中占据着主导作用。但是,目前我国煤炭利用依旧存在着很多问题,煤炭利用率低及直接使用造成严重的污染问题,因此煤炭的清洁利用就显得尤为重要。目前研究和开发的洁净煤转化利用技术有整体煤气化联合循环发电(IGCC)、燃料电池发电(FC),而这些技术都需要脱除煤气中的硫化物。为了利用煤气中的显热,高温煤气脱硫剂受到了广泛的关注。高温煤气脱硫剂不仅要求高温还原性气体中有很高的脱硫活性和后续好的再生能力,而且再生后脱硫剂还应该具备稳定的脱硫活性且经受的住多次的硫化-再生循环使用。单一金属氧化物脱硫剂很难满足高温脱硫的要求,而复合金属氧化物脱硫剂在高温脱硫中存在非常大的潜力。因此,研究复合金属氧化物脱硫剂的再生性能意义重大。铁铈复合脱硫剂在再生过程中具有热效应补偿现象,为了充分发挥此效应,我们提出锆添加剂对铁铈复合脱硫剂再生行为影响研究。本论文首先制备出铁铈锆高温脱硫剂并对脱硫剂在SO_2气氛下的再生行为进行了研究,重点考察了不同再生温度、进口SO_2浓度、再生空速对铁铈锆复合脱硫剂再生单质硫产率和再生率的影响规律。探讨了锆在铁铈基复合脱硫剂再生过程中所起到的作用。并用XPS和TPR等对再生前后脱硫剂的结构和还原性能进行了表征。主要结果如下:(1)在含SO_2气氛下再生时,铁铈锆复合高温脱硫剂再生后的主要产物是Fe_3O_4、Fe_2O_3、Ce_(0.8)Zr_（0.2）_2和单质硫。再生温度、再生空速和再生气浓度的提高都可以提高铁铈锆复合脱硫剂的再生反应速率。在实验条件下,这三个再生条件的影响效果次序是再生温度再生气浓度再生空速。再生温度的提高可以提高脱硫剂的再生率,当再生温度为750oc时,再生率达到98%以上。(2)氧化铈脱硫剂在再生后表面氧和体相氧发生了变化,导致脱硫剂表面ce~(4+）增多而体相的ce~(4+）减少,这一改变有利于氧化铈在低温下还原。铈锆复合脱硫剂在再生后仍然有氧空位的存在,有利于体相氧向外迁移,这可以使得铈锆脱硫剂在低温下更好的还原。再生后铁铈锆复合脱硫剂还原温度降低,有利于铁铈锆脱硫剂的二次硫化。(3)对不同再生温度下的脱硫剂进行二次硫化实验发现,再生温度高于650oc甚至到800oc时,脱硫剂二次穿透硫容没有明显的下降,而且还略高于新鲜样,再生温度为650oc时,二次穿透硫容最高超过了新鲜样穿透硫容。铁铈锆复合脱硫剂进行了5次连续硫化-再生循环,第2次硫化时脱硫剂的穿透硫容达到了最大,在四次循环之后几乎达到了稳定。(4)FeZr_(0.2)、Ce_(0.8)Zr_(0.2)复合脱硫剂与氧化铁、氧化铈单一脱硫剂相比再生速率和再生率都有所提高。随着锆的加入量增大,铁锆复合脱硫剂的再生速率、单质硫产率、再生率都呈增大趋势,锆在氧化铁脱硫剂中起到分散的作用,促进了氧化铁脱硫剂的再生;但是随着锆含量的增加铈锆复合脱硫剂的再生性能呈现先增大后减弱的趋势,不同的铈锆比会有不同的氧化铈锆固溶体结构,锆的摩尔分数为20%时所形成的立方晶型可以促进铈锆脱硫剂的再生。(5)铁铈锆复合脱硫剂在再生过程中,随着锆的加入量增多,再生反应速率先增大后减小,FeCe_(0.8)Zr_(0.2)复合脱硫剂的再生速率最快,不同锆的添加量有不同的铈锆固溶体结构,在FeCe_90.8)Zr-90.20复合脱硫剂中铈锆固溶体可以形成的立方晶型结构,立方晶型的铈锆固溶体结构可以促进铈锆复合脱硫剂的再生。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ546.5

【参考文献】