微波场中氧化锌/改性半焦中高温煤气脱硫制备工艺研究

摘要

中国的能源结构决定了很长时间内煤炭的能源主体地位不会发生改变。国家能源发展战略已经提出，要加快发展煤炭清洁开发利用，提高煤炭清洁高效开发利用水平。在众多推广应用的煤炭洁净技术中，煤气净化与分离技术都是其中的核心技术，尤其是H2S气体的脱除净化。而目前工业中对于煤气中H2S气体的脱除以粗脱硫为主，精脱硫的工业化则甚少，主要在于该领域存在很多技术难点。因此，探寻精脱硫剂一氧化锌基高温煤气脱硫剂的制备新工艺和新技术，扩大微波制备的应用领域，对促进节能降耗、加快提高脱硫剂的生产能力和技术水平具有重要意义。
　　本论文针对当前国内外氧化锌脱硫剂的制备工艺现状，提出了以改性半焦为载体，CeO2为助剂，紫砂土为粘结剂，在微波场中制备氧化锌脱硫剂新途径;探索了各组成物质在微波场中的吸波特性变化规律;通过将响应面法引入脱硫剂的制备工艺中，获得了微波场中制备条件的显著性顺序和关键工艺参数。
　　1、改性半焦在微波场中的吸波性能最强，属于强吸波性物质;紫砂土在微波场中的吸波性能一般;氧化锌前驱体无水草酸锌在微波场中的吸波性能最弱;只要掺加一定量的改性半焦，混合物就表现出具有很高的升温速率;脱硫剂在微波场中出现热失控现象。
　　2、通过单因素分析，微波功率(W)、焙烧温度(℃)、焙烧时间(℃)、活性组分含量(％)对穿透时间以及硫容的影响得到:最佳微波功率为1300W，最佳焙烧温度为550℃，最佳焙烧时间为60min，最佳活性组分含量为30％。
　　3、采用响应曲面法分析表明:焙烧温度、焙烧时间和活性组分含量对脱硫剂穿透时间有显著的影响;焙烧温度和焙烧时间、焙烧温度和活性组分含量二者的交互作用都比较显著;响应曲面法优化得到的微波制备氧化锌基脱硫剂最佳工艺条件:微波功率为1300W，焙烧温度为550℃，焙烧时间为60min，活性组分含量为30％。
　　4、通过对最佳条件下微波和常规制备得到的脱硫剂进行表征，XRD图谱得出微波制备的脱硫剂ZnO晶型较好;从微波和常规的制备出的脱硫剂的分形维数比较来看，微波比常规制备出来的脱硫剂更加粗糙，具有更多三维孔隙结构，有更多的微细孔径生成，有利于脱硫剂的硫化，对于脱硫剂的再生也很有利;XPS分析得出微波焙烧后Zn2p和O1s的结合能有所降低，有利于H2S气体吸附。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 中高温煤气脱硫剂的研究进展

1．2．1 氧化锌基脱硫剂

1．2．2 氧化铁基脱硫剂

1．2．3 氧化铈基脱硫剂

1．2．4 其他煤气脱硫剂

1．3 活性组分纳米氧化锌的制备

1．3．1 气相法

1．3．2 液相法

1．3．3 固相合成法

1．3．4 其他制备方法

1．4 响应面法

1．4．1 响应面法简介

1．4．2 响应面分析设计软件

1．4．3 响应面实验设计方法

1．4．4 响应面分析在化学过程优化中的应用

1．5 分形维数简介

1．6 课题选择及研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验仪器与实验试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 微波辐照装置

2．3 脱硫剂的硫化

2．3．1 硫化条件

2．3．2 硫化装置

2．4 脱硫剂评价指标

2．5 脱硫剂的表征

2．6 脱硫剂的制备

2．6．1 粘结剂的物性特征

2．6．2 氧化锌前驱体的制备流程

2．6．3 脱硫剂的制备流程

第三章 微波焙烧制备氧化锌脱硫剂的工艺研究

3．1 微波功率对脱硫剂硫化性能的影响

3．1．1 微波场中各物质的升温行为

3．1．2 微波场中混合物的升温行为

3．1．2 微波场中脱硫剂的升温行为

3．1．3 不同微波功率对脱硫剂硫化性能的影响

3．2 焙烧温度对脱硫剂硫化性能的影响

3．3 焙烧时间对脱硫剂硫化性能的影响

3．4 活性组分含量对脱硫剂硫化性能的影响

3．5 小结

第四章 微波焙烧制备过程响应面优化

4．1 响应面法BBK实验设计与结果

4．2 响应面分析

4．2．1 回归模型

4．2．2 方差分析

4．3 响应曲面法优化

4．4 模型验证

4．5 小节

第五章 微波与常规条件下制备脱硫剂性能比较与分析

5．1 脱硫剂硫化性能

5．2 机械强度

5．3 XRD表征

5．4 SEM表征

5．4．1 常规和微波焙烧方式制备脱硫剂SEM谱图对比

5．4．2 能谱分析对比

5．5 氮吸附分析

5．5．1 吸(脱)附等温线

5．5．2 微观结构参数

5．5．3 分形维数

5．6 XPS表征

5．7 小结

第六章 总结

6．1 结论

6．2 论文创新点

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文