改性劣质活性炭低温脱除H2S及其再生研究

论文摘要

H2S是一种有毒有害气体，不仅严重威胁人体健康，而且湿热条件下引起催化剂中毒，腐蚀设备，导致成产成本增加等一系列问题。另外H2S燃烧时生成SO2，形成酸雨，造成环境污染。脱除工业生产中产生的H2S气体是一项急需解决的课题。本论文选用长葛活性炭为脱硫剂前躯体，采用硝酸活化、高温煅烧、浸渍金属硝酸盐三种方法及其组合制备出一系列活性炭基材料脱硫剂。采用非水滴定法测定原料活性炭及制备的一系列样品的表面酸碱基团含量。结果表明：原料活性炭表面酸性基团含量较多，总体呈现酸性；硝酸活化后碱性基团急剧减少，表面呈现较强的酸性；氮气中400℃高温煅烧后碱性基团含量有所增加，但整体仍呈现酸性；浸渍金属硝酸盐后碱性基团均有不同程度的增加，浸渍硝酸铁样品的碱性基团增加最多，约43.73%。工业分析结果表明原料活性炭具有较高的灰分和挥发分，较低的固定碳含量；硝酸具有明显的脱灰作用，原料活性炭经过45%的硝酸活化后灰分含量由12.06%下降至8.53%，而挥发分则有明显增加；高温煅烧使得挥发分减少了将近35%，固定碳含量却增加了33%。原料炭的比表面积和孔容均较低，分别为349.94m2/g和0.2150cm3/g，经过多步改性后比表面积急剧增大到835.67m2/g，孔容也较改性前增大了一倍多。在模拟合成气气氛下，利用固定床反应器，对影响脱硫剂活性的制备条件及工艺操作参数进行了考察，结果表明：原料活性炭脱硫效果很差，很快即达到穿透；45%的硝酸在60℃下延长活化时间有利于脱硫活性的增加；浸渍Fe（NO3）3、Cu（NO3）2、Mn（NO3）2三种盐溶液均可提高脱硫效果，其中以浸渍Fe（NO3）3的效果最好；操作参数考察显示最佳的操作条件为：温度30℃，H2O蒸汽含量3%，O2含量约1.5%。针对温度和反应速率的关系进行了动力学研究，结果表明温度对反应的影响较为复杂。表面碱量的提高穿透硫容也随之增大，两者呈现较明显的线性关系。SEM分析表明制备过程形成的孔结构并不明显，EDS显示浸渍Fe（NO3）3样品脱硫后S含量大大增加,约为脱硫前的12.65倍,而XRD分析并未发现含硫化合物。采用水洗再生、H2O2再生、热再生及其组合再生对失活样品进行再生实验。实验结果表明水洗—热再生的效果最好,硫容再生率最大达到82.91%,经3次再生后硫容再生率为57.32%,单纯水洗或H2O2再生效果均不理想,硫容再生率都小于15%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 2S 脱除的研究意义'>1.1 H₂S 脱除的研究意义
• 2S 的研究现状'>1.2 干法脱除 H₂S 的研究现状
• 1.2.1 铁系脱硫剂
• 1.2.2 锌系脱硫剂
• 1.2.3 铜锰系脱硫剂
• 1.2.4 克劳斯法
• 1.3 炭基材料在脱硫中的应用
• 2S 的影响'>1.3.1 活性炭的表面特性对脱除 H₂S 的影响
• 2S 研究现状'>1.3.2 活性炭低温脱除 H₂S 研究现状
• 1.4 活性炭的再生方法
• 1.4.1 传统活性炭再生方法
• 1.4.2 活性炭的新型再生方法
• 1.4.3 其他再生方法
• 1.5 活性炭的表征手段
• 1.5.1 物理性质的表征
• 1.5.2 化学性质的表征
• 1.5.3 对特定物质的吸附的表征
• 1.6 课题研究目标及研究内容
• 1.6.1 课题的研究目标
• 1.6.2 课题的研究内容
• 2 脱硫剂制备及物化性质表征
• 2.1 实验药品及仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 脱硫剂制备
• 2.2.1 原料粒度的选择
• 2.2.2 脱硫剂制备方法
• 2.2.3 脱硫剂代号说明
• 2.3 脱硫剂的物化性质表征
• 2.3.1 活性炭脱硫剂的工业分析
• 2.3.2 活性炭脱硫剂表面酸碱官能团总量的测定
• 2.3.3 比表面积及孔容、孔径的测定
• 2.4 本章结论
• 3 活性炭脱硫剂的活性评价
• 3.1 引言
• 3.2 实验所用气体及主要仪器
• 3.2.1 实验所用气体
• 3.2.2 主要仪器及流程
• 3.3 实验操作条件
• 2S 气体浓度的测定'>3.4 H₂S 气体浓度的测定
• 3.4.1 FPD 检测器工作原理
• 3.4.2 色谱柱的选择及安装
• 3.4.3 色谱柱的老化
• 3.4.4 色谱检测条件的选择[85]
• 3.4.5 标准曲线的绘制
• 3.5 脱硫活性评价指标
• 2S 转化率'>3.5.1 H₂S 转化率
• 3.5.2 穿透时间
• 3.5.3 穿透硫容
• 3.6 实验结果与讨论
• 3.6.1 脱硫剂制备方法对脱硫效果的影响
• 3.6.2 操作条件对脱硫剂活性的影响
• 3.6.3 脱硫剂表面碱性基团含量对脱硫活性的影响
• 3.6.4 脱硫剂比表面积对脱硫效果的影响
• 3.6.5 活性炭脱硫反应动力学分析
• 3.7 本章结论
• 4 脱硫剂的 SEM 及 XRD 表征与分析
• 4.1 所用主要仪器
• 4.2 脱硫剂的 SEM 表征及分析
• 4.3 脱硫剂的 XRD 表征及分析
• 4.4 本章结论
• 5 活性炭脱硫剂的再生
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.3 实验结果及讨论
• 5.3.1 水洗再生
• 5.3.2 水洗—热再生
• 20₂再生'>5.3.3 H₂0₂再生
• 5.3.4 与前期再生方法对比
• 5.4 本章结论
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文