鐵酸鋅中高溫煤氣脫硫劑硫化與再生動力學研究.pdf

1、我國有豐富的煤炭資源，產量和消費量均居世界首位，煤炭資源的高效利用和潔凈轉化對于我國的社會經濟可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境保護非常重要。IGCC、CBPG、IGFC等由于具有熱效率高、污染低等優(yōu)點被認為是未來21世紀最具發(fā)展前景的煤炭能源潔凈轉化利用技術。但粗煤氣中的 H2S不僅對生產設備產生腐蝕還會引起催化劑的中毒，相對于濕法脫硫，干法脫硫具有熱能損耗低，脫硫精度高，運行成本低等優(yōu)點，所以中高溫煤氣脫硫意義重大。目前，復合金屬氧化物鐵酸鋅脫硫劑是

2、一種應用最廣泛的中高溫煤氣脫硫劑。
　　本論文以 C4H6O4Zn·2H2O、Fe(NO3)3·9H2O和 H2C2O4·2H2O為原料，通過固相合成法制得前驅體草酸鋅、草酸鐵，以紅土為粘結劑，經常規(guī)焙燒和微波焙燒兩種加熱方式制備出兩種鐵酸鋅脫硫劑。通過對比實驗以及一系列的表征（XRD、SEM、XPS、EDS、BET等）研究了兩種加熱方式對脫硫劑微觀結構和脫硫性能的影響。采用固定床微反應器對兩種脫硫劑進行硫化動力學研究，從硫化動力

3、學角度分析微波和常規(guī)焙燒方式對脫硫劑硫化反應的影響。利用熱天平分析儀對微波焙燒方式制備脫硫劑在含O2氣氛下進行再生動力學研究，得出如下主要結論：
　　1.常規(guī)焙燒和微波焙燒兩種加熱方式制備脫硫劑的硫化穿透實驗得出，常規(guī)焙燒脫硫劑的硫容為7.16％，機械強度為32.8 N/cm，微波焙燒脫硫劑的硫容為8.61%，機械強度為41.7 N/cm。在相同實驗條件下，微波焙燒制備脫硫劑無論硫容還是機械強度都優(yōu)于常規(guī)焙燒制備脫硫劑。
　

4、　2.對兩種焙燒方式制備的脫硫劑進行XRD、SEM、XPS、EDS、BET等表征分析發(fā)現，XRD譜圖中微波焙燒脫硫劑的衍射峰峰型更尖銳、半峰寬更窄，說明微波焙燒更有利反應進行，鐵酸鋅的晶體生長更完整。掃描電鏡的照片顯示，微波焙燒脫硫劑相比常規(guī)焙燒脫硫劑沒有明顯團聚現象，活性組分分散均勻，脫硫劑顆粒大小均一，有明顯孔洞出現，孔隙結構發(fā)達。XPS分析表明，微波焙燒脫硫劑中Fe2p、Zn2p和O1s的結合能更低，更易于H2S的吸附反應，同時微

5、波焙燒脫硫劑表面的Zn、Fe和O元素含量都高于常規(guī)焙燒脫硫劑，這與 EDS的分析結果相吻合，說明微波焙燒能更好的使脫硫劑中金屬元素向脫硫劑表面遷移，有利于脫硫劑表面化學反應進行，這與硫化動力學結果相符。BET分析表明：兩種脫硫劑都屬于典型的IV型等溫吸脫附曲線，孔結構大部分屬于中孔，并帶有H3型滯后環(huán)，說明這些中孔是狹縫孔，同時微波焙燒脫硫劑的比表面積、孔容、孔徑都大于常規(guī)焙燒脫硫劑。
　　3.在固定床反應器上對兩種脫硫劑進行硫化

6、動力學研究，表觀動力學參數為：常規(guī)焙燒方式制備鐵酸鋅脫硫劑，表面化學反應活化能Ea為4.581 kJ/mol，化學反應速率常數的指前因子Kso為0.419 m/min；內擴散活化能Ep為35.757 kJ/mol，有效擴散系數的指前因子Deo為2.558×10-4 m2/min。微波焙燒方式制備鐵酸鋅脫硫劑，表面化學反應活化能Ea為4.079 kJ/mol，化學反應速率常數的指前因子 Kso為0.396 m/min；內擴散活化能 Ep為