水煤气催化还原二氧化硫烟气回收单质硫的研究

【摘要】： SO2是危害最为严重的大气污染物之一,是造成酸雨的元凶,对人类和生态环境的危害日益严重,减少和消除SO2的污染成为当前亟需解决的问题。将排放气中的SO2转化为高质量的单质硫并回收,对于解决SO2所造成的污染问题具有特别的意义。本课题以水煤气(CO≧38%,H2≧52%)为还原气,在过渡金属氧化物催化剂上还原冶炼烟气中的SO2为单质硫,研究出最佳的催化剂及最优工艺条件,并探讨相关反应机理。 本文以条形Al2O3为载体,采用浸渍法制备出系列过渡金属氧化物催化剂(Cu、Co、Fe、Ni),考察了不同活性组分、活性金属含量、反应温度、空速、气配比、预硫化处理及反应时间对SO2转化率和硫产率的影响。通过对Fe /Al2O3催化剂添加稀土元素(La、Ce、Sm、Gd、Dy、Y),考察了不同稀土元素、稀土含量及浸渍方式对Fe/Al2O3催化剂催化性能的影响。 实验结果表明:Fe/Al2O3催化剂为最佳催化剂;催化剂中金属Fe的最佳含量为14%,当反应温度为400℃时,硫产率为81.92%;SO2转化率和硫产率均随温度的升高而增加,但温度过高选择性变差,导致硫产率下降;空速过大或过小都不利于反应的进行,温度较高时空速的影响较小;气配比对反应的影响较大,SO2烟气/水煤气比值应当控制在1.7左右;不同稀土对Fe/Al2O3催化剂有不同的改性作用,Sm和Dy的加入大大提高了催化剂的活性,SmFe /Al2O3催化剂在360℃时的硫产率比同温度下的Fe /Al2O3催化剂提高了40.5%,DyFe/Al2O3催化剂在400℃时的硫产率比同温度下的Fe/Al2O3催化剂提高了26.4%;稀土在Fe/Al2O3催化剂中起着助剂的作用,对于SmFe/Al2O3催化剂,稀土Sm的最佳含量为1.0%;不同方式制备的稀土催化剂活性不同,对硫产率来说其大小顺序为:钐铁混浸催化剂﹥先浸钐后浸铁催化剂﹥先浸铁后浸钐催化剂;金属硫化物是催化SO2还原的活性相,反应的机理为中间产物机理。 【关键词】：SO_2 催化还原 过渡金属 稀土元素
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X701.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题背景9-10
• 1.1.1 SO_2污染现状及危害9
• 1.1.2 硫磺的价值9-10
• 1.1.3 国内SO_2处理现状10
• 1.2 课题研究意义10
• 1.3 国内外制取硫磺现状10-13
• 1.3.1 克劳斯法11
• 1.3.2 克劳斯延伸类工艺11-12
• 1.3.3 常规克劳斯+还原吸收法尾气处理12
• 1.3.4 液相直接氧化法12-13
• 1.3.5 气相直接氧化法13
• 1.3.6 常规克劳斯+氧化吸收法尾气处理13
• 1.4 催化还原SO_2为单质S 的研究现状13-17
• 1.4.1 氢气还原法13-15
• 1.4.2 一氧化碳还原法15-16
• 1.4.3 炭还原法16
• 1.4.4 氨气还原法16-17
• 1.4.5 甲烷还原法17
• 1.5 研究内容17-18
• 第二章 催化剂的制备及实验方法18-28
• 2.1 催化剂的制备18-21
• 2.1.1 活性组分的选择18-19
• 2.1.2 载体的制备19
• 2.1.3 催化剂的制备方法19-21
• 2.2 催化剂的表征方法21-22
• 2.2.1 超细 γ-Al_2O_3的粒度分析21
• 2.2.2 扫描电镜和能谱分析观察催化剂的形貌和组成21
• 2.2.3 XRD 分析测定物相组分21
• 2.2.4 程序升温还原（TPR）和程序升温脱附（TPD）21-22
• 2.3 实验方法22-24
• 2.3.1 原料气组成22
• 2.3.2 实验装置22-23
• 2.3.3 试剂和主要设备23-24
• 2.3.4 催化剂的活性评定24
• 2.4 气相色谱仪尾气检测24-28
• 2.4.1 气相色谱仪的工作原理24-25
• 2.4.2 气相色谱仪的主要结构25-26
• 2.4.3 气相色谱仪的使用操作26
• 2.4.4 常见问题及解决方法26-28
• 第三章 过渡金属氧化物催化剂的研究28-45
• 3.1 过渡金属氧化物催化性能比较28-30
• 3.2 金属Fe 含量对催化剂活性的影响30-33
• 3.3 反应工艺的优化33-42
• 3.3.1 空速对催化剂性能的影响33-38
• 3.3.2 气配比对催化剂性能的影响38
• 3.3.3 催化剂连续使用时间对催化剂性能的影响38-39
• 3.3.4 硫化处理对催化剂性能的影响39-42
• 3.4 产品表征42-43
• 3.5 反应机理探讨43-44
• 3.6 结论44-45
• 第四章 稀土元素对催化剂性能的影响45-53
• 4.1 不同稀土对催化剂性能的影响45-47
• 4.2 稀土Sm 含量对催化剂性能的影响47-48
• 4.3 稀土催化剂浸渍方式对催化剂性能的影响48-50
• 4.4 SmFe/Al_2O_3催化剂的能谱分析及XRD 表征50-52
• 4.5 结论52-53
• 第五章 全文总结53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 个人简历59
• 发表论文59
• 研究成果59

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