聚苯乙烯微球的制备及织构对高温煤气脱硫剂性能的影响

摘要

煤炭是世界上主要的能源和化工原料,特别是在中国。整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术是二十一世纪最具前景的一项洁净煤利用技术,其中高温煤气脱硫是IGCC的关键技术之一。高温脱硫虽然已经研究了多年,但是至今未能大规模的工业化,存在的主要问题是脱硫剂在循环使用中性能稳定性下降。织构是影响脱硫剂性能稳定的主要因素。由于目前制备的脱硫剂织构无规律性,现有的研究无法系统、准确的揭示其对脱硫性能的影响规律。制备确定织构参数的脱硫剂,也就是通过研究织构对脱硫性能的影响规律,进而改善脱硫剂的稳定性是本研究的主要目标。
　　本论文结合“973”项目“气化煤气与热解煤气共制合成气的多联产应用的基础研究(2005CB221203)”中净化脱硫的研究内容要求,合成出不同粒径的聚苯乙烯纳米微球,制备了具有不同织构特性的高温煤气脱硫剂,并在固定床反应器上对其脱硫性能进行了评价;结合XRD、SEM、压汞等表征手段研究了织构对脱硫剂脱硫性能的影响。
　　研究表明,采用乳液聚合法和无皂乳液聚合法可合成粒径不同、粒度均一的高分子聚苯乙烯微球。前者适合于合成粒度大于10nm小于100nm的微球,后者适用制备较大粒径的微球(350-550nm)。以合成出的不同粒径的聚苯乙烯微球为造孔剂,钢厂赤泥为主要活性组分,添加一定量的黏结剂,采用干混法可以制备出织构参数不同的系列氧化铁高温煤气脱硫剂,由此制备的脱硫剂其孔径范围在130nm-340nm。在空速2000 h-1、温度500℃、模拟煤气气氛的条件下,固定床活性评价结果表明,织构对脱硫剂脱硫性能有显著影响。脱硫剂的织构不同,其穿透硫容也不同,过大和过小的孔径均不利于脱硫。主要孔径在200nm范围的脱硫剂不仅具有较高的硫容,且具有良好的稳定性。论文还考察了模拟煤气中水蒸汽含量与预还原对脱硫剂性能的影响,探讨了水蒸汽对脱硫性能影响的作用机理。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述与课题选择

1.1 IGCC技术的发展

1.2 高温煤气脱硫剂

1.2.1 单一金属氧化物脱硫剂

1.2.2 复合金属氧化物脱硫剂

1.3 高温煤气脱硫技术现存的主要问题

1.3.1 黏结剂

1.3.2 造孔剂

1.3.3 脱硫的气氛效应

1.3.4 脱硫剂在循环过程中的稳定性

1.4 聚苯乙烯微球的合成机理与方法

1.4.1 乳液聚合机理

1.4.2 乳液聚合法制备聚苯乙烯纳米微球

1.4.3 无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯纳米微球

1.5 课题的选择和研究内容

第二章 不同粒径聚苯乙烯纳米微球的制备与表征

2.1 实验部分

2.1.1 实验仪器

2.1.2 实验试剂

2.1.3 聚苯乙烯纳米微球的制备与合成

2.1.4 分析测试

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 乳液聚合法制备聚苯乙烯纳米微球

2.2.2 无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯纳米微球

2.3 小结

第三章 高温煤气脱硫剂的制备、评价与表征

3.1 实验部分

3.1.1 脱硫剂的制备

3.1.2 脱硫剂的活性评价

3.1.3 脱硫剂的活性成分分析及表征

3.2 结果与讨论

3.2.1 以聚苯乙烯微球为造孔剂制备的脱硫剂与采用传统造孔剂制备的脱硫剂的性能比较

3.2.2 脱硫剂的织构对脱硫性能的影响

3.2.3 脱硫剂Y_2和Y_6的脱硫性能

3.2.4 脱硫剂Y_2和Y_6的再生性能

3.2.5 模拟煤气中水蒸汽含量对脱硫剂性能的影响

3.2.6 水蒸汽含量对脱硫剂性能的影响的原因

3.2.7 预还原对脱硫剂性能的影响

3.2.8 煅烧时间对脱硫剂活性的影响

3.3 小结

第四章 结语

4.1 结论

4.2 论文特点

4.3 今后工作设想

参考文献

致谢

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