热处理对褐煤载体锌基吸附剂的结构及中温煤气脱硫性能的影响

摘要

褐煤储量丰富，廉价易得，具有一定机械强度，且孔隙极为发达，表面富含多种活性基团，可以藉此物化特性优势用作为吸附剂的载体。煤热解反应包含复杂的物理和化学变化，借助该过程可以调变吸附剂载体的结构和负载的活性组分的分布。课题组以褐煤为原料直接进行活性组分前驱体溶液的浸渍，通过热解反应使半焦的制备与活性组分前驱体的热分解过程合二为一，具有流程简单、节约能耗的优点。前期研究工作显示了加压浸渍在吸附剂制备过程中存在的优势，并优化出制备吸附剂的最佳加压浸渍条件为36wt％的Zn(NO3)2溶液作为活性组分前驱体，20 atm下，褐煤为载体浸渍5h。浸渍样热处理过程中，对褐煤载体的结构变化、金属活性组分的赋存形态及其分布行为、热解操作参数的影响则是本论文关注的重点。
　　本论文在前述优化的操作条件下通过加压浸渍法制得以褐煤负载硝酸锌的浸渍样，通过不同操作条件下的热处理制备用于中温煤气脱硫的吸附剂。分别考察了在程序升温和快速升温热处理过程中，温度、停留时间、升温速率和气体流量等条件对吸附剂结构和脱硫活性的影响，并筛选出最佳的热处理条件。通过制得吸附剂的原子吸收、X射线衍射和静态氮吸附仪等表征结果与吸附剂的硫化活性评价结果的关联，分析探讨了热处理条件对活性组分的负载量、晶型、分布状态及载体的孔隙结构等的影响及其与吸附剂脱硫性能的关联。得到以下主要结论:
　　1)热处理对吸附剂的孔结构特性具有调变作用，程序升温热处理的温度选择范围为370-600℃，随温度升高，吸附剂的比表面积从12.043逐渐增大到187.795m2/g，比表面积增大的主要贡献来源于微孔;快速升温热处理的温度范围选择为450-600℃，随温度的升高，吸附剂的比表面积从16.712逐渐增大到133.596m2/g。
　　2)加压浸渍负载金属组分后的褐煤样品，在程序升温条件下随热处理终温的升高，固体产物产率减少，制得的吸附剂中活性组分Zn的负载量相对增大（16.97％到22.94％），但因高含量金属组分的团聚，活性组分有效利用率的降低，脱硫能力没有对应增大，最佳操作条件是:热处理温度为550℃，热处理时间为180m in，升温速率为10℃/min。该吸附剂在400℃硫化的穿透时间和穿透硫容分别为720min和25.91 g S/100 g ZnO。
　　3)加压浸渍金属组分后的褐煤样品，在快速升温热处理条件下随温度升高，制得的吸附剂中活性组分的含量却表现为降低的趋势(18.91％到15.49％)，脱硫活性也随着减少。最佳操作条件是:热处理温度为450℃，热处理时间为180m in，气体流量为500 ml/min。该吸附剂在400℃硫化的穿透时间和穿透硫容分别为1980min和26.92 g S/100 g ZnO。
　　4)褐煤加压浸渍负载活性组分后，再通过一定条件的热处理，可以有效地调变吸附剂的孔隙结构、活性组分的负载和分布行为，是一种适合于中温煤气脱硫吸附剂制备的有效方法。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述与课题选择

1．1 课题背景

1．2 干法脱硫吸附剂研究现状

1．2．1 金属氧化物脱硫吸附剂

1．2．2 吸附剂的制备方法

1．2．3 吸附剂的载体

1．3 课题选择

1．3．1 研究工作设想

1．3．2 研究内容

第二章 实验内容

2．1 实验药品和仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 吸附剂表征

2．2．1 原子吸收分光光度仪

2．2．2 X射线衍射仪

2．2．3 静态氮吸附仪

2．2．4 透射电镜

2．3 吸附剂的制备

2．3．1 吸附剂载体的选择

2．3．2 加压浸渍处理

2．3．3 程序升温热处理

2．3．4 快速升温热处理

2．4 吸附剂的活性评价方法

2．4．1 吸附剂硫化反应评价

2．4．2 吸附剂活性评价指标

第三章 程序升温热处理条件的选取

3．1 热处理温度节点的选取

3．2 热处理过程中吸附剂物化性质的变化

3．3 本章小结

第四章 程序升温热处理制得吸附剂的硫化性能及其影响因素

4．1 程序升温热处理温度对吸附剂脱硫活性的影响

4．2 程序升温热处理时间对吸附剂脱硫活性的影响

4．3 程序升温热处理升温速率对吸附剂脱硫活性的影响

4．4 本章小结

第五章 快速热处理制得吸附剂的硫化性能及其影响因素

5．1 快速升温热处理温度对吸附剂脱硫活性的影响

5．2 快速升温热处理时间对吸附剂脱硫活性的影响

5．3 快速升温热处理载气流量对吸附剂脱硫活性的影响

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 对后续工作的建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文