铁锰基中温煤气脱硫吸附剂的气氛效应研究

论文摘要

中高温煤气脱硫净化是煤炭高效、清洁转化的关键技术。借助不同活性组分的性能构建的“粗脱+精脱”两步脱硫工艺中,粗脱硫阶段性能优良的脱硫用吸附剂使H2S的深度脱除,可以减轻精脱硫阶段的负荷,节约生产成本。含铁金属氧化物来源广泛、价格低廉、反应速率快、硫容高,是备受关注的粗脱硫用吸附剂的活性组分。对其进行改性及性能的考察可为工业化应用提供必要的基础和理论依据。实验通过对各种铁盐前驱物制备的氧化铁硫化性能的考察,优选出硫化性能好的硝酸铁作为活性组分前驱物;同时以硝酸锰作为助活性组分前驱物,采用共沉淀法制备了一系列铁锰基吸附剂,分别考察了复合氧化物吸附剂中铁锰摩尔比,及反应气氛对其硫化性能的影响;针对脱除H2S过程尾气中出现COS的问题,进行了不同价态的铁锰活性组分在COS / N2和H2 / COS / N2气氛中的性能研究。得出了如下结论:1)硝酸铁、硫酸亚铁制备的氧化铁（NF,SF）和分析纯氧化铁（F）的硫化活性顺序为: NF > F > SF,综合考虑认为硝酸铁作为脱硫用吸附剂的前驱物最佳。2)铁基吸附剂中,锰的加入有利于硫化性能的改善,铁锰摩尔比为7 : 3的脱硫剂7F3M750的硫化性能最佳。3) H2对铁锰基吸附剂硫化性能具有促进作用,这与其在硫化过程中的还原程度和活性组分的存在形态有关,铁氧化物不完全还原时的硫化性能最佳。4) CO2较大的分子体积产生的空间位阻对吸附剂的硫化性能具有不利影响,CO歧化反应产生的积炭对吸附剂的结构稳定性不利;CO和CO2在气氛中共存,可较大程度上改善CO2对吸附剂硫化反应的空间位阻以及CO生成积炭的不利影响。5)作为硫化反应的产物,H2O对吸附剂各晶相硫化性能的抑制作用最为显著。该作用可通过混合气氛中的水煤气变换反应而减弱,通过逆水煤气变换反应而增强。6) Fe对H2S脱除的能力小于Fe2O3和Fe3O4,但各形态铁活性组分脱除H2S的能力均大于Mn2O3和MnO。7) Fe2O3、Fe3O4和Fe对COS的脱除能力大小顺序与温度有关,但均明显弱于Mn2O3和MnO。8)铁和锰的硫化物对COS的氢解反应具有不同程度的催化作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述与课题选择
• 1.1 课题背景
• 1.2 中高温金属氧化物吸附剂的发展现状
• 1.2.1 单金属氧化物吸附剂的研究
• 1.2.2 复合金属氧化物吸附剂的研究
• 1.2.3 助剂对吸附剂性能的影响
• 1.2.4 小结
• 1.3 金属氧化物吸附剂的制备
• 1.3.1 机械混合法
• 1.3.2 浸渍法
• 1.3.3 沉淀法
• 1.3.4 溶胶凝胶法
• 1.3.5 熔融法
• 1.3.6 小结
• 1.4 中高温煤气脱硫过程中的气氛效应
• 2 的影响'>1.4.1 H₂的影响
• 2O 的影响'>1.4.2 H₂O 的影响
• 1.4.3 含炭气体的影响
• 1.5 课题的选择及研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验仪器和药品
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 分析测试仪器
• 2.2 吸附剂的制备
• 2.2.1 活性组分前驱物的制备及筛选
• 2.2.2 不同铁锰配比吸附剂的准备
• 2.2.3 气氛效应实验用吸附剂的制备
• 2.2.4 脱除COS 用吸附剂的制备
• 2.3 活性评价方法
• 2.3.1 活性组分前驱物筛选
• 2.3.2 不同配比铁锰吸附剂的硫化实验
• 2.3.3 COS 脱除实验
• 2.3.4 气氛效应实验
• 2.3.5 活性评价指标
• 第三章 活性组分前驱物的筛选
• 3.1 活性组分的XRD 分析
• 3.2 活性组分的TPR 分析
• 3.3 活性组分的硫化性能研究
• 3.4 小结
• 第四章 气氛对铁锰基吸附剂硫化性能及稳定性的影响
• 4.1 不同配比铁锰吸附剂的硫化性能考察
• 4.2 各样品的硫化性能
• 2 的影响'>4.3 H₂的影响
• 2O 的影响'>4.4 H₂O 的影响
• 4.5 CO 的影响
• 2 的影响'>4.6 CO₂的影响
• 4.7 吸附剂在混合气氛中的硫化性能
• 4.8 硫化气氛对COS 生成的影响
• 4.9 小结
• 第五章 铁锰氧化物脱除COS 性能的研究
• 5.1 样品的XRD 分析
• 2 气氛下样品脱除COS 能力的影响'>5.2 温度对COS / N₂ 气氛下样品脱除COS 能力的影响
• 2 / COS / N₂ 气氛下样品脱除COS 能力的影响'>5.3 温度对H₂ / COS / N₂ 气氛下样品脱除COS 能力的影响
• 2O₃ 和MnO 在 COS / N₂ 气氛下对COS 的脱除性能'>5.4 Mn₂O₃ 和MnO 在 COS / N₂ 气氛下对COS 的脱除性能
• 2O₃ 和MnO 在 H₂ / COS / N₂ 气氛下对COS 的脱除性能'>5.5 Mn₂O₃ 和MnO 在 H₂ / COS / N₂ 气氛下对COS 的脱除性能
• 5.6 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 总结
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文目录