SO_2-O_2协同作用下氧化铈高温煤气脱硫剂再生动力学研究

【摘要】：随着中国经济的快速增长,人民的生活品质日益提升,对资源的需求也日益增加,而我国能源储藏量最大的是煤炭,这决定了我国长期的能源供给需依赖于煤炭资源。煤炭由于利用技术不够成熟,在其促进经济飞速发展的同时,也成为重要的污染源,所以我国更加重视煤炭的高效清洁的利用,如IGCC技术的开发和利用。煤炭的气化是煤炭高效洁净利用的基础。在煤炭气化过程中,会产生大量含硫气体,会腐蚀化工设备及管道,直接排放的话又对环境和人体健康造成危害,所以硫化物的脱除是煤炭洁净利用的关键。高温煤气脱硫技术可以利用气体中的热量,操作和建设成本低,在脱硫过程容易回收硫资源,是一种极具潜力的脱硫技术。高温煤气脱硫剂的再生是一个重要的过程。本论文研究了氧化铈高温煤气脱硫剂在固定床反应器上的再生行为,分别在O2、SO2和O2-SO2协同气氛中评价了氧化铈脱硫剂的再生性能,考察了反应温度和反应气浓度等参数对再生反应的影响。运用气固非催化反应动力学数学模型对实验数据进行分析拟合。氧化铈高温煤气脱硫剂在含O2气氛中再生时,再生反应温度选择500～800℃,反应气氛为1～5%O2,N2平衡,再生反应产物主要是氧化铈、二氧化硫和少量单质硫。氧化铈在含O2气氛中再生反应符合等效粒子模型,其动力学方程为：表面反应控制区：扩散控制区：氧化铈高温煤气脱硫剂在含SO2气氛中再生时,再生温度选择550～800℃,反应气氛为1.06～5.65%SO2,N2平衡,反应产物主要是氧化铈和单质硫,并且产物中没有硫酸盐的生成。氧化铈在含SO2气氛中再生反应符合等效粒子模型,其动力学方程为：表面反应控制区：扩散控制区：在固定床反应器中,Ce2O2S与O2反应速率较快,根据动力学互补原则,得出O2与SO2在协同气氛下再生时的比例为1：1.25。氧化铈脱硫剂在O2-SO2气氛下再生反应由反应开始的化学反应控制逐渐转变为扩散控制。表面反应控制区：扩散控制区： 【关键词】：高温煤气 协同 氧化铈脱硫剂 动力学
【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】：TQ546.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 文献综述及课题选择13-33
• 1.1 前言13-14
• 1.2 煤气脱硫技术的研究与进展14-23
• 1.2.1 低常温气体脱硫15-17
• 1.2.1.1 低温甲醇洗脱硫15
• 1.2.1.2 栲胶法脱硫15-16
• 1.2.1.3 活性炭脱硫16-17
• 1.2.2 中温气体脱硫17-19
• 1.2.2.1 中温氧化锌脱硫剂17-18
• 1.2.2.2 中温氧化锰脱硫剂18-19
• 1.2.3 高温气体脱硫19-22
• 1.2.3.1 高温氧化铁系脱硫剂19-20
• 1.2.3.2 高温氧化钙系脱硫剂20-21
• 1.2.3.3 高温氧化铈系脱硫剂21
• 1.2.3.4 高温铁酸锌系脱硫剂21-22
• 1.2.3.5 高温钛酸锌系脱硫剂22
• 1.2.4 小结22-23
• 1.3 高温煤气脱硫剂的再生23-25
• 1.3.1 再生温度23
• 1.3.2 再生空速23-24
• 1.3.3 再生气氛24-25
• 1.3.3.1 含氧气气氛再生24
• 1.3.3.2 含水蒸气气氛再生24-25
• 1.3.3.3 含二氧化硫气氛再生25
• 1.3.4 小结25
• 1.4 硫回收现状25-27
• 1.5 脱硫剂再生动力学模型27-31
• 1.5.1 收缩核模型27-29
• 1.5.2 粒子模型29-31
• 1.5.3 小结31
• 1.6 课题的选择和研究内容31-33
• 第二章 实验部分33-43
• 2.1 实验材料与实验仪器33-34
• 2.1.1 实验材料33-34
• 2.1.2 实验仪器34
• 2.2 脱硫剂的表征方法34-35
• 2.2.1 脱硫剂的物相组成的测量(XRD)34-35
• 2.2.2 脱硫剂颗粒密度的测定35
• 2.2.3 脱硫剂的孔结构的测量(BET)35
• 2.2.4 脱硫剂中硫含量的测量35
• 2.2.5 脱硫剂的微观结构的测量(SEM)35
• 2.3 高温氧化铈脱硫剂的制备35-36
• 2.4 脱硫剂的硫化36-40
• 2.4.1 硫化装置36-37
• 2.4.2 硫化过程37
• 2.4.3 脱硫剂硫化样的XRD表征37-38
• 2.4.4 脱硫剂硫化样的N_2吸附表征38-39
• 2.4.5 脱硫剂硫化样的SEM表征39-40
• 2.5 实验过程中气体的测量40-41
• 2.5.1 H_2S气体的测量40-41
• 2.5.2 SO_2气体的测量41
• 2.5.3 O_2气体的测量41
• 2.6 小结41-43
• 第三章 氧气气氛中氧化铈脱硫剂的再生动力学43-61
• 3.1 引言43
• 3.2 固定床再生实验43-45
• 3.2.1 再生实验装置43-44
• 3.2.2 再生实验条件44
• 3.2.3 再生转化率44-45
• 3.3 再生实验结果与讨论45-51
• 3.3.1 温度对脱硫剂再生反应的影响45-48
• 3.3.2 氧气体积分数对脱硫剂再生反应的影响48-50
• 3.3.3 脱硫剂再生反应DSC差热分析50-51
• 3.4 脱硫剂再生动力学分析51-60
• 3.4.1 等效粒子模型51-57
• 3.4.1.1 反应级数的确定52-53
• 3.4.1.2 动力学参数确定53-57
• 3.4.2 未反应收缩核模型57-58
• 3.4.3 模型优选58-60
• 3.4.3.1 残差分析58-59
• 3.4.3.2 方差分析59-60
• 3.5 小结60-61
• 第四章 二氧化硫气氛中氧化铈脱硫剂的再生动力学61-77
• 4.1 引言61
• 4.2 固定床再生实验61-63
• 4.2.1 再生实验装置61-62
• 4.2.2 实验条件62
• 4.2.3 再生转化率62-63
• 4.3 再生实验结果与讨论63-67
• 4.3.1 温度对脱硫剂再生反应的影响63-64
• 4.3.2 二氧化硫体积分数对脱硫剂再生反应的影响64-66
• 4.3.3 脱硫剂反应前后的SEM扫描图66-67
• 4.4 脱硫剂再生动力学分析67-75
• 4.4.1 等效粒子模型67-72
• 4.4.1.1 反应级数的确定67-68
• 4.4.1.2 动力学参数确定68-72
• 4.4.2 未反应收缩核模型72-73
• 4.4.3 模型优选73-75
• 4.4.3.1 残差分析73-74
• 4.4.3.2 方差分析74-75
• 4.5 小结75-77
• 第五章 SO_2-O_2协同气氛下氧化铈脱硫剂的再生动力学77-91
• 5.1 引言77
• 5.2 固定床再生实验77-79
• 5.2.1 再生实验装置77-78
• 5.2.2 实验条件78-79
• 5.2.3 再生转化率79
• 5.3 再生实验结果与讨论79-84
• 5.3.1 温度对脱硫剂再生反应的影响79-80
• 5.3.2 反应气浓度对脱硫剂再生反应的影响80-82
• 5.3.3 脱硫剂再生的SEM扫描图82-84
• 5.4 脱硫剂再生动力学分析84-90
• 5.4.1 动力学模型参数确定84-88
• 5.4.2 残差分析88-90
• 5.5 小结90-91
• 第六章 结论与展望91-95
• 6.1 结论91-92
• 6.2 论文的创新点92
• 6.3 今后工作设想92-95
• 参考文献95-101
• 致谢101-103
• 硕士期间发表论文目录103

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