高温煤气脱硫剂金属氧化物间的相互作用

【摘要】： 煤基多联产技术是目前煤炭高效清洁利用的主要途径,中高温煤气净化脱硫是其中的关键技术,但脱硫剂在循环使用中稳定性下降是制约该技术发展的主要因素。复合金属氧化物是提高中高温煤气脱硫剂稳定性的主要方法之一。深入了解复合金属氧化物间的相互作用,对于改善中高温煤气脱硫剂的稳定性有着至关重要的意义。 本论文结合“973”项目“气化煤气与热解煤气共制合成气的多联产应用的基础研究(2005CB221203)”的工艺要求,采用热分解法、沉淀法制备了ZnO、Fe_2O_3、CuO、MnO_2、CaO单一金属氧化物脱硫剂,并且通过干混法,以不同摩尔比得到一系列的复合(双组分)金属氧化物脱硫剂。在固定床上对制备的脱硫剂活性进行了评价,气氛组成为40%H_2、0.4～0.6%H_2S、N_2平衡,空速为3600h~(-1),温度为500℃。采用XRD对硫化前后脱硫剂样品的物相进行了表征,同时采用XPS对硫化前后脱硫剂样品进行了表面分析,并利用TPR对新鲜脱硫剂还原性能进行了测试,对高温煤气脱硫剂金属氧化物间的相互作用进行了研究与探讨。 研究结果表明,复合金属氧化物较单一的金属氧化物的脱硫效率高,克服了单一金属氧化物脱硫剂脱硫过程中的波动现象,硫容也有较大提高,并保持较高的水平。金属氧化物复合存在最佳比例的选择。复合金属氧化物的脱硫效率高低与是否形成新的物相没有必然联系,物质量的不同对物相没有影响。复合金属氧化物脱硫剂较相应单一金属氧化物还原温度低,即在新鲜复合金属氧化物脱硫剂中没有形成新的物相,或者形成的新的物相的量较少,这与XRD的表征结果相一致。复合金属氧化物脱硫剂表面金属的原子比率与制备过程的原子比是不一致的,在硫化过程中,表面金属原子比是变化着的,一部分金属原子向表面迁移,一部分金属原子向体内迁移。 【关键词】：高温煤气脱硫 金属氧化物 相互作用
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X701.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 文献综述及课题选择13-32
• 1.1 高温煤气脱硫的重要性13-15
• 1.2 高温煤气脱硫剂15-26
• 1.2.1 单一金属氧化物脱硫剂16-21
• 1.2.1.1 氧化铁脱硫剂16-17
• 1.2.1.2 氧化锌脱硫剂17-18
• 1.2.1.3 氧化钙脱硫剂18-19
• 1.2.1.4 氧化铜脱硫剂19
• 1.2.1.5 氧化锰脱硫剂19-20
• 1.2.1.6 氧化锡脱硫剂20
• 1.2.1.7 氧化铈脱硫剂20-21
• 1.2.2 复合金属氧化物脱硫剂21-26
• 1.2.2.1 铁酸锌脱硫剂21-23
• 1.2.2.2 钛酸锌脱硫剂23-24
• 1.2.2.3 铜锰脱硫剂24-25
• 1.2.2.4 钙铁脱硫剂25
• 1.2.2.5 锰铁脱硫剂25-26
• 1.3 高温煤气脱硫研究现状26-28
• 1.3.1 高温煤气脱硫剂中金属氧化物间的相互作用26-27
• 1.3.2 气氛效应对高温煤气脱硫剂的影响27-28
• 1.3.3 高温煤气脱硫剂的制备及其稳定性28
• 1.4 目前高温煤气脱硫存在的问题28-30
• 1.4.1 脱硫剂稳定性29
• 1.4.2 还原气氛对脱硫剂的影响29
• 1.4.3 高温煤气的脱硫反应器29-30
• 1.5 本课题研究的意义、内容及方案30-32
• 1.5.1 研究意义30
• 1.5.2 研究内容30-31
• 1.5.3 实验方案31-32
• 第二章 高温煤气脱硫剂的制备、评价与表征方法32-43
• 2.1 脱硫剂制备方法32-33
• 2.2 脱硫剂制备33-38
• 2.2.1 氧化锌的制备34-35
• 2.2.2 氧化铁的制备35
• 2.2.3 氧化钙的制备35-36
• 2.2.4 氧化铜的制备36
• 2.2.5 氧化锰的制备36
• 2.2.6 复合金属氧化物脱硫剂的制备36-38
• 2.3 脱硫剂的硫化评价38-40
• 2.3.1 硫化评价装置38-39
• 2.3.2 脱硫剂硫化反应条件39
• 2.3.3 脱硫剂硫化评价39
• 2.3.4 分析方法39
• 2.3.5 脱硫剂硫化评价指标39-40
• 2.3.6 脱硫剂穿透硫容的计算40
• 2.4 TPR的实验条件40-42
• 2.4.1 实验装置40-42
• 2.4.2 TPR实验条件42
• 2.5 脱硫剂的XRD表征42
• 2.6 脱硫剂的XPS表征42-43
• 第三章 高温煤气脱硫剂的硫化行为43-62
• 3.1 单一金属氧化物硫化行为43-46
• 3.2 复合金属氧化物脱硫剂硫化行为46-60
• 3.2.1 复合ZnFe系46-47
• 3.2.2 复合ZnCu系47-49
• 3.2.3 复合ZnMn系49-50
• 3.2.4 复合ZnCa系50-52
• 3.2.5 复合CuFe系52-53
• 3.2.6 复合MnFe系53-55
• 3.2.7 复合CaFe系55-56
• 3.2.8 复合CaCu系56-58
• 3.2.9 复合CaMn系58-59
• 3.2.10 复合CuMn系59-60
• 3.3 小结60-62
• 第四章 高温煤气脱硫剂的物相变化62-80
• 4.1 引言62
• 4.2 单一金属氧化物脱硫剂脱硫前后的物相变化62-67
• 4.2.1 ZnO62-63
• 4.2.2 Fe_2O_363-64
• 4.2.3 CuO64-65
• 4.2.4 MnO_265-66
• 4.2.5 CaO66-67
• 4.3 复合金属氧化物脱硫剂脱硫前后的物相变化67-78
• 4.3.1 复合ZnFe系67-69
• 4.3.2 复合ZnCu系69-70
• 4.3.3 复合ZnMn系70-71
• 4.3.4 复合ZnCa系71-72
• 4.3.5 复合CuFe系72-73
• 4.3.6 复合MnFe系73-74
• 4.3.7 复合CaFe系74-75
• 4.3.8 复合CaCu系75-76
• 4.3.9 复合CaMn系76-77
• 4.3.10 复合CuMn系77-78
• 4.4.小结78-80
• 第五章 高温煤气脱硫剂的还原性能80-87
• 5.1 引言80
• 5.2 单一金属氧化物脱硫剂的TPR实验与结果80-81
• 5.3.复合金属氧化物脱硫剂的还原行为81-85
• 5.3.1 复合ZnFe系81-82
• 5.3.2 复合ZnCu系82-83
• 5.3.3 复合ZnMn系83
• 5.3.4 复合ZnCa系83-84
• 5.3.5 复合CuFe系84
• 5.3.6 复合MnFe系84-85
• 5.4 小结85-87
• 第六章 高温煤气脱硫剂的表面分析87-104
• 6.1 引言87
• 6.2 复合金属氧化物的表面特征87-103
• 6.2.1 复合ZnFe系87-89
• 6.2.2 复合CuFe系89-92
• 6.2.3 复合CaFe系92-94
• 6.2.4 复合ZnCu系94-96
• 6.2.5 复合ZnCa系96-98
• 6.2.6 复合CaCu系98-101
• 6.2.7 复合ZnMn系101
• 6.2.8 复合MnFe系101-102
• 6.2.9 复合CaMn系102
• 6.2.10 复合CuMn系102-103
• 6.3 小结103-104
• 第七章 结论与建议104-106
• 7.1 结论104-105
• 7.2 今后工作设想105-106
• 参考文献106-113
• 致谢113-114
• 硕士学位期间发表论文目录114

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