金属氧化物脱硫剂再生过程中的热分析与动力学

摘要

煤炭还将在一段长的时间里作为我国能源供给的主要方式，因此，对煤炭的高效清洁利用成为当前的热点。煤气化发电是当前煤炭洁净利用的主要形式之一，以其效率高和经济性好等优点受到广泛关注。然而在这一过程中，煤气化会产生大量的含硫气体，硫化物不仅会腐蚀管道及设备、还会对人类身体健康及生活环境造成极大的危害，因而脱除煤气中硫化物至关重要。高温煤气脱硫技术作为目前最有潜力的脱硫技术，其操作成本较低，可再生循环使用。建立高温煤气脱硫剂再生动力学方程对脱硫剂性能研究及工业放大使用至关重要。因此对高温煤气金属氧化物脱硫剂再生过程动力学的研究具有重要的理论意义和应用价值。
　　本文使用综合热分析仪（TG-DSC）首先考察了再生温度和气体浓度对氧化铁、氧化铈脱硫剂再生过程的影响。然后根据再生过程的热重曲线计算了氧化铁、氧化铈脱硫剂的再生动力学参数。最后结合固定床实验和XRD表征探讨了O2、SO2和O2-SO2气氛下氧化铁、氧化铈脱硫剂再生机理。主要实验结果如下：
　　①当氧化铁脱硫剂分别在O2、SO2和O2-SO2气氛下再生时，随着温度或气体浓度的提高，再生速率加快，提高温度或气体浓度有利于氧化铁脱硫剂的再生。
　　②根据热分析仪的实验数据求得了氧化铁脱硫剂和氧化铈脱硫剂分别在O2、SO2和O2-SO2气氛下再生过程中所遵循的机理及动力学方程，其中，氧化铁脱硫剂在O2气氛下的再生三个阶段的所遵循的机理为：二维相边界反应，动力学方程分别为：此处为公式；氧化铁脱硫剂在SO2气氛下的再生分为五个阶段，第一个阶段符合三维扩散反应，动力学方程为此处为公式第二个阶段和第五个阶段符合相边界反应（R2）机理，动力学方程分别为此处为公式，第三个阶段符合指数法，则（E1）机理，动力学方程是此处为公式，第四个阶段符合随机成核和随后生长反应（A12.04）机理，动力学方程是此处为公式；氧化铁脱硫剂在O2-SO2气氛下再生分三个阶段，第一阶段符合相边界反应（R1），动力学方程为此处为公式第二个阶段符合随机成核和随后生长反应（A1.05）机理，动力学方程是此处为公式，第三个阶段符合指数法则（E1）机理，动力学方程是此处为公式。氧化铈脱硫剂在O2气氛下的再生分三个阶段，第一个阶段符合随机成核和随后生长反应（A0.65）机理，动力学此处为公式方程为此处为公式，第二个阶段符合随机成核和随后115.615生长反应（A3.85）机理，动力学方程为此处为公式第三个阶段符合三维扩散反应(D4)机理，动力学方程为此处为公式;氧化铈脱硫剂在 SO2气氛下的再生分四个阶段，第一个阶段符合二维扩散（D2）机理，动力学方程为此处为公式，第二个阶段和第四个阶段都符合二维相边界反应（R2）机理，动力学方程分别为此处为公式，第三个阶段符合指数法则（E1）机理，动力dt学方程为此处为公式;氧化铈脱硫剂在 O2-SO2气氛下的再生分四个阶段，第一个阶段符合二维扩散（D2）机理，动力学方程为此处为公式，第二个阶段符合化学反应（F2）机理，动力学方程为此处为公式，第三个阶段符合指数法则（E1）机理，动力学方程为此处为公式，第四个阶段符合随机成核和随后生长（A5.71）机理，动力学方程为此处为公式。
　　③综合氧化铁和氧化铈脱硫剂在三种气氛下的再生情况，可以得出，氧化铁脱硫剂的最佳再生气氛为O2-SO2（O2:SO2=1:12）协同气氛。氧化铁在协同气氛下再生，不仅再生完全所需的温度最低，而且再生过程也最为简单，同时避免了单一O2气氛下再生烧结的情况，并改善了在单一SO2气氛再生反应速率慢的问题。氧化铈脱硫剂的最佳再生气氛为 SO2气氛，在这种气氛下再生生成的硫酸盐最少，有利于脱硫剂的循环使用。

目录

声明

第一章 文献综述与课题选择

1.1 课题背景

1.2高温煤气脱硫的研究现状

1.3高温煤气脱硫剂的再生

1.4热分析用于动力学研究

1.5课题的选择及研究意义

第二章 实验部分

2.1实验材料与仪器

2.2脱硫剂的制备及硫化

2.3脱硫剂的再生

第三章 O2气氛下脱硫剂的再生行为及动力学

3.1氧化铁脱硫剂在O2气氛下的再生行为

3.2氧化铁脱硫剂在O2气氛下的动力学

3.3氧化铈脱硫剂在O2气氛下的再生行为

3.4氧化铈脱硫剂在O2气氛下的动力学

3.5小结

第四章 SO2气氛下脱硫剂的再生行为及动力学

4.1氧化铁脱硫剂在SO2气氛下的再生行为

4.2氧化铁脱硫剂在SO2气氛下的动力学

4.3氧化铈脱硫剂在SO2气氛下的再生行为

4.4氧化铈脱硫剂在SO2气氛下的动力学

4.5小结

第五章 O2-SO2气氛下脱硫剂的再生行为及动力学

5.1氧化铁脱硫剂在O2-SO2气氛下的再生行为

5.2氧化铁脱硫剂在O2-SO2协同气氛下的动力学

5.3氧化铈脱硫剂在O2-SO2协同气氛下的再生行为

5.4氧化铈脱硫剂在O2-SO2协同气氛下的动力学

5.5三种不同气氛再生结果的对比

5.6小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2本论文的创新点

6.3今后工作设想

参考文献

硕士期间发表论文目录

致谢