以粉煤灰为载体的铁铈高温煤气脱硫剂脱硫行为的研究

摘要

高温煤气的脱硫净化是以煤气化为基础的多联产过程的关键技术之一。本文以粉煤灰为载体制备了铁铈氧化物高温煤气脱硫剂，并在自制的实验台架上研究了其硫化行为。 电厂粉煤灰主要是硅、铝、铁的氧化物，还含有少量钙、镁和未燃碳等其他组分。作者利用成分分析、磁力分选、粒度分析、XRD和SEM等手段对从电厂收集的粉煤灰样品进行了研究，选择了不同粒径的粉煤灰作为脱硫剂载体用于制备不同成分的铁铈氧化物高温煤气脱硫剂，并在420-620℃温度范围进行了其硫化性能的比较。 作者在实验中使用了模拟煤气成分，入口H<,2>S浓度为4700 ppm。620℃时的不同脱硫剂的硫化实验的结果表明：添加粉煤灰的脱硫剂其脱硫精度明显比没有添加粉煤灰的脱硫精度高，这是由于粉煤灰作为载体时，在煅烧过程中起到了造孔和分散活性组分的作用。对同一种脱硫剂在420-620℃的硫化实验显示，本研究制备的脱硫剂在620℃时具有良好的抗粉化能力。通过比较不同温度下的硫化曲线，520℃的穿透时间比620℃的稍短，硫容也比620℃的稍低，但穿透时间和硫容都比420℃明显增加。本实验条件下不同载体脱硫剂在620℃时的硫容均大于按活性组分化学计量100％转化的硫容值，说明可能有部分FeS<,x>(x>1)生成。使用不同铁铈摩尔比的脱硫剂进行的硫化实验显示：铁铈摩尔比为8：2时脱硫剂的穿透时间明显比摩尔比为1:1时长，分别是21.5h和8.4h，硫容也大。这可能是硫化产物中有FeS<,x>(x>1)相的生成，也可能与低温度铈难发挥作用有关。不同载体制备的脱硫剂在同一条件下的硫化实验表明以碳含量和挥发分含量最高的粒径为112-154μm的粉煤灰为载体的脱硫剂的硫化性能最好，620℃时的穿透时间和硫容可以达到36.5h和29.5％。而相应的以224-280μm和112-154μm磁性粉煤灰为载体的脱硫剂的穿透时间和硫容分别是35h、36h和29.4％、28.1％。这说明以粉煤灰为载体的脱硫剂经过高温煅烧所形成的微孔和比表面积是提高脱硫剂硫化性能的关键因素之一。实验发现在脱硫温度下COS与H<,2>S的浓度存在直接的关联，该关联通过H<,2>S与CO或CO<,2>反应生成COS与H<,2>或H<,2>O实现。通过该机制，可以在高温下脱除H<,2>S的同时有效地脱除COS。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述及课题选取

1.1课题背景

1.2国内外高温煤气脱硫技术研究概括

1.2.1炭基脱硫剂的研究概况

1.2.2金属氧化物脱硫剂的研究概况

1.2.3脱除有机硫的研究概况

1.3课题选择及研究内容

第二章实验内容

2.1实验方案

2.1.1反应气氛和脱硫剂

2.1.2脱硫剂活性组分的选取

2.1.3脱硫剂载体的选取

2.1.4脱硫剂的制备

2.1.5脱硫剂活性组分的固定床实验

2.2实验分析测试仪器

2.3脱硫剂的活性评价指标

第三章脱硫剂载体粉煤灰特性的分析

3.1煤矸石电厂粉煤灰的形成

3.2粉煤灰的成分分析

3.3粉煤灰的粒度分析

3.3.1粉煤灰各粒径的百分含量分析

3.3.2粉煤灰的粒度分析

3.4粉煤灰的磁选

3.4.1粉煤灰磁性颗粒的百分含量分析

3.4.2粉煤灰磁性颗粒的粒度分析

3.5粉煤灰的晶体结构分析和显微形貌观察

3.5.1 X射线衍射分析

3.5.2粉煤灰的显微形貌的观察

第四章脱硫剂的制备和固定床硫化实验

4.1脱硫剂的制备

4.1.1脱硫剂制备方法简介

4.2铁铈复合脱硫剂的制备

4.2.1粉煤灰粒径的选取

4.2.2脱硫剂的制备

4.2.3典型脱硫剂的照片

4.3脱硫剂堆密度测试

4.4脱硫剂的固定床硫化实验

4.4.1以粉煤灰为载体的脱硫剂脱除H2S的实验

4.4.2脱除COS的研究

第五章总结和展望

5.1总结

5.2本论文的创新点

5.3今后工作的设想

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文