锆添加剂对铁铈复合基高温煤气脱硫剂硫化性能的影响

摘要

根据对能源结构和能源消耗的预测，煤炭将长期占据我国能源消费的主导地位。但随之而来的是现阶段煤炭的低效利用造成了严重的环境和能源问题。煤的洁净高效转化技术将成为解决这一问题的有效途径。整体煤气化联合循环（IGCC）和煤基多联产（CPG）等发电技术，以其高效率、低污染的环境友好特性，成为未来极具潜力的洁净煤技术可持续战略发展方向。然而，煤气化过程中产生的H2S会对管道设备、环境及人类健康等方面造成严重的危害。因此，高温煤气脱硫技术的研究具有重要的意义。
　　本论文总结并分析了铁铈复合基高温煤气脱硫剂的优势及存在的问题，选择以第三组分锆作为添加剂，制备出具有脱硫活性好的铁铈锆复合高温煤气脱硫剂。在固定床微分反应器上考察了铁铈锆复合脱硫剂的脱硫行为，并结合XRD、N2吸附、XPS、H2-TPR、SEM-EDS等表征手段，探究锆添加剂对铁铈复合基脱硫剂结构、还原性能及硫化性能的影响，彼此关联，得到以下主要结论：
　　①以共沉淀法制得的铁铈锆复合脱硫剂，其存在形式为Fe2O3-Ce1-xZrxO2。最佳制备条件为：Fe、Ce、Zr的摩尔比为1:0.8:0.2，焙烧温度为700oC。锆添加剂提高了氧化铁、氧化铈及铁铈复合脱硫剂的比表面积和孔容，有利于吸脱附硫；锆添加剂增加了氧化铈和铁铈复合脱硫剂的氧空位，促进了脱硫剂Ce4+→Ce3+的还原。
　　②锆添加剂提高了铁铈复合脱硫剂中Ce4+的还原度，且降低了Ce4+体相还原温度，有利于脱硫剂中铁铈活性组分在相同温区进行还原反应。
　　③与单一氧化铁和氧化铈脱硫剂相比，当硫化温度为600oC时，铁铈复合脱硫剂表现出更好的硫化性能，但其反应程度较低。在此温度下，铁铈复合脱硫剂中铈活性组分并未充分参与反应。
　　④锆添加剂显著提高了铁铈复合基脱硫剂的脱硫精度、硫化反应活性组分利用率、穿透硫容、硫化反应程度并拓宽了其硫化反应温度范围。对于颗粒脱硫剂而言，还原及硫化反应均为由外而内的层式反应。在还原过程中锆添加剂促使Ce逐渐向外层富集或Fe逐渐向内层迁移，在硫化过程中Ce逐渐向内层迁移或Fe逐渐向外层富集，这种Fe、Ce元素的迁移规律有利于促使Ce参与到还原及硫化反应中。铁铈锆脱硫剂的硫化反应式为：此处为公式
　　⑤铁铈锆复合脱硫剂具有良好的硫化/再生循环稳定性。

目录

声明

第一章 文献综述与课题选择

1.1 课题背景

1.2 高温煤气脱硫剂的研究现状

1.3 铈基材料的结构及性质

1.4 复合金属氧化物脱硫剂的制备

1.5 课题选择及研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验试剂与仪器

2.2 脱硫剂的制备

2.3 脱硫剂的硫化

2.4 脱硫剂的分析及表征方法

2.5 H2S气体的分析方法

第三章 脱硫剂的物相、孔结构及表面组成变化规律

3.1 脱硫剂的物相

3.2 脱硫剂的孔结构

3.3 脱硫剂的表面组成表征

3.4 本章小结

第四章 锆添加剂对铁铈复合基脱硫剂还原性能的影响

4.1 脱硫剂的还原性能

4.2 脱硫剂还原产物的物相

4.3 脱硫剂还原产物的表面组成,

4.4 本章小结

第五章 锆添加剂对铁铈复合基脱硫剂硫化性能的影响

5.1 锆添加剂对氧化铁基脱硫剂硫化性能的影响

5.2 锆添加剂对氧化铈基脱硫剂硫化性能的影响

5.3 锆添加剂对铁铈复合基脱硫剂硫化性能的影响

5.4 脱硫剂硫化物的表面组成

5.5 颗粒脱硫剂的元素及形貌变化

5.6 FCZ复合脱硫剂的硫化/再生循环性能

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

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