雙金屬(PD-M)吸附劑脫除中溫模擬煤氣中單質(zhì)汞的研究.pdf

1、氣化是煤清潔轉(zhuǎn)化的源頭技術，熱解是其中的必經(jīng)步驟，該過程中釋放的單質(zhì)汞的量因氣相產(chǎn)物處于還原性氛圍而高于煤燃燒過程，單質(zhì)汞相對于其它形態(tài)汞的毒性更強、脫除更難，因此在對氣體脫硫凈化的同時進行高效的煤氣脫汞具有重要的現(xiàn)實意義。具有煤氣脫汞、脫硫能力的過渡金屬氧化物(FeOx、MnOx、CuOx、ZnOx和CeOx)吸附劑存在高溫脫汞效率較低的問題，貴金屬鈀(Pd)在中溫時有較好的脫汞效果，但是易被煤氣中的H2S毒化。如能保留單金屬各自特性

2、，制備既可緩解H2S的毒化作用，還可提高中溫脫汞效率的雙金屬吸附劑，將會有很好的潛在優(yōu)勢，本文基于此進行了雙金屬吸附劑的制備及其脫除中溫模擬煤氣中的單質(zhì)汞的行為的研究。
　　本課題組前期考察了以煤質(zhì)活性炭(CAC)為載體制備的Pd/CAC和Pd-Fe/CAC吸附劑的脫汞性能，初步證實了雙金屬吸附劑脫汞的可行性?；诖?，本論文選擇煤質(zhì)活性炭、椰殼活性炭(CSAC)、γ-Al2O3、 MCM-41分子篩和Beta分子篩為脫汞吸附劑的載

3、體，并以鈀、鐵、錳、銅、鋅和鈰為金屬活性組分，使用等體積浸漬法制備了24種負載型中溫煤氣脫汞吸附劑，進一步考察了載體的特性、第二金屬的添加、金屬組分的浸漬順序、汞的初始濃度和脫汞活性評價的溫度等因素對吸附劑脫汞性能的影響。并結(jié)合XRD、BET、XPS、XAS、TPR、TEM和Raman等表征結(jié)果，探討Pd/γ-Al2O3和1Pd5Fe/γ-Al2O3吸附劑的脫汞機理。得出如下主要結(jié)論:
　　(1)第二金屬的添加可以改善Pd/CAC

4、吸附劑的脫汞活性，尤其是Fe，其次為Mn?？紤]到Fe價格低廉，被認為是第二金屬的最佳選擇。第二金屬對Pd基吸附劑脫汞作用的改善受吸附劑載體的影響，Pd/γ-Al2O3吸附劑的脫汞活性難以改善，尤其是Fe的添加反而使其活性降低。
　　(2)載體對吸附劑的脫汞活性影響非常顯著。以單一金屬鈀為活性組分時，γ-Al2O3為載體的吸附劑脫汞活性最好，其次是以MCM-41和Beta分子篩為載體的吸附劑，而以活性炭為載體的吸附劑脫汞活性較差。以

5、雙金屬鈀和鐵為活性組分時，以煤質(zhì)活性炭為載體的吸附劑脫汞效果最好，其次是以椰殼活性炭和Beta分子篩為載體的吸附劑，而以γ-Al2O3和MCM-41分子篩為載體吸附劑脫汞活性較差。
　　(3)金屬組分的浸漬順序?qū)ξ絼┟摴钚缘挠绊懞艽?，其作用?guī)律與吸附劑載體及第二金屬組分有關。250℃條件下，同時浸漬Ce和Pd的CePd/γ-Al2O3雙金屬吸附劑的脫汞活性優(yōu)于其他浸漬順序制備的雙金屬吸附劑和單一金屬Pd/γ-Al2O3吸附劑，

6、其脫汞活性在98％以上可以維持480min。分析結(jié)果表明，對于Pd、Ce系列的吸附劑來說，浸漬順序主要是通過影響金屬組分的分散度而起作用，同時浸漬時PdO和CeO2的分散度最好。不同浸漬順序制備的Pd、Fe系列的雙金屬吸附劑的脫汞活性均較單一金屬Pd/γ-Al2O3吸附劑的脫汞活性低。先浸漬Zn后浸漬Pd的Zn-Pd/γ-Al2O3雙金屬吸附劑的脫汞活性與單一金屬Pd/γ-Al2O3吸附劑的脫汞活性相近，且其脫汞活性明顯高于Pd-Zn/

7、γ-Al2O3和ZnPd/γ-Al2O3脫汞活性。
　　(4)1Pd5Fe/γ-Al2O3吸附劑在N2-H2S-Hg-CO-H2氣氛中的脫汞機理主要為:PdO與煤氣中的H2反應生成Pd2O，Pd2O進一步被還原為Pd0; PdO與煤氣中的CO反應生成Pd0，單質(zhì)鈀和單質(zhì)汞反應生成鈀汞齊。脫汞活性降低的原因主要為:煤氣中的H2S與PdO反應生成PdS的毒化作用;吸附劑中的Fe2O3和H2S反應生成FeSx和Sad，Sad和新生成的P