共沉淀制备1Pd5Fe_2O_3/Al_2O_3吸附剂及其中温煤气脱汞性能的研究

【摘要】：气化是洁净煤转化的龙头技术。相较于煤燃烧,煤气化过程会释放出更高浓度的单质汞。单质汞具有剧毒性、挥发性和生物蓄积性,对人类健康及生态环境危害很大;同时又具有高饱和蒸气压、低水溶性、低熔点等特点,更难脱除。因此,研发高效的脱除煤气中单质汞的吸附剂更为必要。贵金属钯(Pd)具有优良的中温煤气脱汞能力,但易被硫化氢毒化;氧化铁具有良好的同时脱除常温煤气中单质汞和硫化氢的能力,但其高温脱汞活性较差。依据钯和氧化铁的特征性能,设计钯铁双金属吸附剂,在对煤气中Hg和H_2S联合脱除的同时,还能提高吸附剂的脱汞活性温度窗口,从而简化煤气净化工艺、节约成本。据此,本论文在前期研究工作的基础上制备了1Pd5Fe_2O_3/Al_2O_3的双活性组分吸附剂,并对其中温煤气脱汞性能进行研究。本课题组前期采用等体积浸渍法制备了多个系列的双金属吸附剂,考察了第二金属的添加对Pd基吸附剂脱汞性能的影响,发现过渡金属添加的效果受吸附剂载体类型和制备工艺的影响,而浸渍法制备的Fe-Pd/γ-Al_2O_3吸附剂脱汞活性降低。基于浸渍法制备时的组分比例,本论文选择了共沉淀法、沉积沉淀法及分步沉淀法分别制备1Pd5Fe_2O_3/Al_2O_3吸附剂,在200 oC模拟煤气(N2-CO-H_2-H_2S-Hg)气氛下的固定床反应器上进行了脱汞活性评价,比较分析了不同制备方法制得吸附剂的脱汞行为,考察了优选的共沉淀法操作条件沉淀剂类型、沉淀体系pH值及焙烧温度等因素对吸附剂物化性质的影响,并进一步结合XRD、BET、TEM、SEM、Raman及XPS等表征结果,探讨PdO-Fe_2O_3/Al_2O_3吸附剂的脱汞机理。得到如下主要结论:(1)不同方法制备的吸附剂比较结果显示,等体积浸渍、沉积沉淀、分步沉淀及共沉淀四种方法制备的吸附剂的脱汞活性顺序为:共沉淀法≈沉积沉淀法等体积浸渍法分步沉淀法。(2)沉淀体系pH值主要影响吸附剂活性组分含,随着pH值升高,氧化铁负载率逐渐升高,而Pd负载率降低;吸附剂物理结构主要受焙烧温度影响,随着焙烧温度升高,比表面积下降,孔径、总孔体积变大。(3)氨水做沉淀剂时,吸附剂最佳制备条件为pH=10,焙烧温度为600oC;碳酸铵为沉淀剂时,吸附剂最佳制备条件为pH=8,焙烧温度为700 oC,其脱汞效率在480 min内能够维持在95%以上,汞容高达41.4μg/g。(4)PdO-Fe_2O_3/Al_2O_3吸附剂在模拟煤气中脱汞机理为:PdO易被煤气中H_2与CO还原为Pd0;Pd0和Hg0反应生成钯汞齐;吸附剂中Fe_2O_3和H_2S反应生成FeSx和Sad(吸附态活性单质硫),Sad能够与Hg0结合生成Hg S。 【关键词】：煤气 单质汞脱除 共沉淀法 钯铁双金属吸附剂 pH值 焙烧温度
【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】：TQ424;TQ546.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 符号说明8-12
• 第一章 文献综述与选题背景12-24
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 汞的污染及危害13-16
• 1.2.1 汞的性质及危害13-14
• 1.2.2 我国煤中汞的赋存形态及含量14
• 1.2.3 汞在煤气化过程中的释放规律14-15
• 1.2.4 汞污染的控制与防治15-16
• 1.3 汞脱除用吸附剂16-20
• 1.3.1 炭基吸附剂16-18
• 1.3.2 贵金属吸附剂18
• 1.3.3 金属氧化物吸附剂18-20
• 1.4 吸附剂制备方法20-21
• 1.4.1 浸渍法20
• 1.4.2 固相法20
• 1.4.3 沉淀法20-21
• 1.5 课题选择及研究内容21-24
• 第二章 实验部分24-34
• 2.1 实验药品和仪器24-26
• 2.1.1 实验药品24
• 2.1.2 实验分析测试仪器24-26
• 2.2 吸附剂的制备26-28
• 2.2.1 并流沉淀法制备吸附剂26-27
• 2.2.2 分步沉淀法制备吸附剂27
• 2.2.3 沉积沉淀法制备吸附剂27-28
• 2.3 脱汞活性评价实验28-29
• 2.3.1 固定床实验装置28-29
• 2.3.2 实验步骤29
• 2.3.3 吸附剂汞容的测定实验29
• 2.4 吸附剂的评价指标29-30
• 2.5 吸附剂的表征方法30-31
• 2.6 吸附剂制备方法的优选31-34
• 第三章 氨水为沉淀剂制备钯铁吸附剂及其脱汞性能34-46
• 3.1 pH值的影响34-41
• 3.1.1 pH值对吸附剂前驱体性质的影响35-36
• 3.1.2 pH值对吸附剂孔结构的影响36-38
• 3.1.3 pH值对吸附剂化学组成的影响38
• 3.1.4 pH值对吸附剂晶体结构的影响38-39
• 3.1.5 pH值对吸附剂脱汞性能的影响39-41
• 3.2 焙烧温度的影响41-45
• 3.2.1 焙烧温度对吸附剂晶体结构的影响41-42
• 3.2.2 焙烧温度对吸附剂孔结构的影响42-44
• 3.2.3 焙烧温度对吸附剂脱汞性能的影响44-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 碳酸铵为沉淀剂制备钯铁吸附剂及其脱汞性能46-66
• 4.1 pH值的影响47-54
• 4.1.1 pH值对吸附剂前驱体性质的影响47-48
• 4.1.2 pH值对吸附剂孔结构的影响48-51
• 4.1.3 pH值对吸附剂化学组成的影响51-52
• 4.1.4 pH值对吸附剂晶体结构的影响52
• 4.1.5 pH值对吸附剂脱汞性能的影响52-54
• 4.2 焙烧温度的影响54-59
• 4.2.1 焙烧温度对吸附剂晶体结构的影响54
• 4.2.2 焙烧温度对吸附剂孔结构的影响54-57
• 4.2.3 焙烧温度对吸附剂脱汞性能的影响57-59
• 4.3 脱汞机理探讨及活性影响因素分析59-63
• 4.3.1 X射线粉末衍射（XRD）分析59
• 4.3.2 拉曼光谱（Raman）分析59-60
• 4.3.3 X射线光电子能谱(XPS)分析60-61
• 4.3.4 活性组分的表面含量分析61-62
• 4.3.5 脱汞活性影响因素分析62-63
• 4.5 本章小结63-66
• 第五章 总结与展望66-70
• 5.1 论文总结66-67
• 5.2 本工作的创新点67
• 5.3 对今后工作的建议67-70
• 参考文献70-78
• 致谢78-80
• 硕士期间发表论文80

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