鐵基離子液體高溫濕法氧化硫化氫脫硫工藝研究.pdf

1、煤炭資源一方面是能源的主要提供者,另一方面也是主要的環(huán)境污染源。以煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是目前煤炭高效清潔利用的主要途徑,高溫煤氣凈化主要包括除塵、脫微量有害物質(zhì)(如Na、K等堿金屬;HCl、HF等氣體)、脫硫(其中90％為H2S)。高溫煤氣脫硫是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一,在高溫條件下脫除氣體中的硫是為了利用煤氣的顯熱,防止后續(xù)反應(yīng)所使用的各種催化劑中毒,提高催化反應(yīng)的效率和催化劑的壽命。煤氣的高溫脫硫技術(shù)已成為能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

2、　　 目前煤氣脫硫可采用濕法和干法進(jìn)行,傳統(tǒng)濕法脫硫雖然脫硫率高但脫硫液以水為溶劑,不能承受高溫;干法脫硫可適用于高溫但因其催化劑活性不高無(wú)法適應(yīng)煤氣化中大氣量工藝過(guò)程,本文結(jié)合濕法脫硫效率高和干法適用于高溫的優(yōu)點(diǎn)于一體,建立了高溫濕法氧化硫化氫脫硫工藝。該工藝以1-丁基-3-甲基氯代咪唑(BmimCl)和六水合三氯化鐵(FeCl3·6H2O)為原料按摩爾比為l:2合成的鐵基離子液體為脫硫劑,根據(jù)熱重分析表明該鐵基離子液體的分解溫度為

3、350℃左右,顯示較好的高熱穩(wěn)定性;拉曼圖譜表明鐵基離子液體在220℃以下能夠保持其物化特性而循環(huán)使用,為發(fā)展高溫濕法脫硫提供新方法;循環(huán)伏安曲線測(cè)試了經(jīng)過(guò)105℃-200℃范圍內(nèi)處理后的鐵基離子液體,結(jié)果表明其Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)離子對(duì)具有很好的氧化還原可逆性,為鐵基離子液體可以循環(huán)使用提供理論依據(jù)。
　　 其次,基于鐵基離子液體的高熱穩(wěn)定性、氧化還原可逆特性,構(gòu)建了高溫濕法氧化硫化氫脫硫工藝。研究了鐵基離子液體在105℃-

4、180℃范圍下對(duì)硫化氫氣體吸收催化脫除性能,考察了硫化氫流量、硫化氫濃度和反應(yīng)溫度三因素對(duì)脫硫效率的影響,并同時(shí)定性研究了工藝中可能產(chǎn)生的某些副產(chǎn)物,對(duì)產(chǎn)物硫磺進(jìn)行了XRD、Raman、TG、DSC和元素分析,對(duì)脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)也進(jìn)行了初步研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,升高溫度,硫容顯著提高,180℃時(shí)鐵基離子液體的硫容可達(dá)到3.92g/L,相比50℃的硫容0.32 g/L,提高13倍;脫硫過(guò)程中無(wú)需添加輔助試劑和調(diào)控pH值;反應(yīng)溫度對(duì)脫硫效率具有

5、十分明顯的影響作用,反應(yīng)溫度從105℃升高到180℃,最終脫硫率從36.2％上升到100％,升高了約64％;脫硫再生過(guò)程中無(wú)1622cm-1的S-O鍵伸縮振動(dòng)峰,表明SO42-、S2O32-、SO32-。副產(chǎn)物沒(méi)有生成;脫硫產(chǎn)物的XRD圖譜和拉曼圖譜表明該產(chǎn)物為斜方晶形硫磺;鐵基離子液體氧化硫化氫脫硫反應(yīng)為零級(jí)不可逆反應(yīng),反應(yīng)的活化能為26.82 kJ/mol。
　　 利用離子液體的液態(tài)溫度范圍寬以及三價(jià)鐵的強(qiáng)氧化性的特點(diǎn),提供