改性Y分子筛及Cu/碳球脱除汽/柴油中硫化物的性能

摘要

含硫化合物的燃烧会对环境造成严重威胁，因此，生产超低硫汽油和柴油已成为目前世界燃油清洁化发展的总趋势，寻找更为经济可行的深度脱硫方法是清洁燃料生产中最紧迫的任务之一。吸附脱硫作为一种高效经济的脱硫技术，具有能耗低、操作温度和压力低、吸附剂来源广泛等优点。 本文采用实验研究和数学模型计算相结合的方法对NaY和NiY分子筛吸附脱除模型柴油中苯并噻吩的过程进行了研究。NaY和NiY分子筛对模型柴油中苯并噻吩的适宜吸附温度为50℃，吸附可在60min内达到平衡。相比与Langmuir和Freundlich模型，Toth模型能更好的描述NaY和NiY分子筛对苯并噻吩的等温平衡吸附过程，表明苯并噻吩在NaY和NiY分子筛表面的吸附为非均匀吸附。热力学分析表明苯并噻吩在NaY和NiY分子筛上的吸附是一个自发和放热的过程。吸附动力学考察结果显示NaY和NiY分子筛对苯并噻吩的吸附过程可用反应级数分别为1.45和1.67的n级速率方程来描述。 以酚醛树脂作为碳前驱体，经过海藻酸与Cu2+的螯合作用和后续炭化过程，制备了Cu/碳球吸附剂，实现了活性组分铜的原位负载，并采用硝酸氧化处理对碳球的孔结构和表面化学性质进一步调节。使用SEM-EDS、N2吸附、FT-IR和Boehm滴定法等表征手段对碳球的表面形貌、孔结构以及表面化学性质进行了分析。碳球经硝酸氧化处理60min后，其比表面积、孔体积、孔径和表面含氧官能团浓度都有所增加。氧化处理60min的Cu-AC-60对模型汽/柴油中噻吩和苯并噻吩的吸附硫容是不经氧化处理Cu-AC-0的1.69倍和1.82倍。Cu/碳球的孔结构参数和表面化学性质与吸附硫容的关联结果表明，比表面积、微孔孔体积以及羧基和酚羟基浓度的增加有利于碳球吸附硫容的提高。Cu-AC-60吸附剂经五次吸附-再生循环后，对噻吩和苯并噻吩的吸附硫容可达初始硫容的70.27%和72.18%，表现出良好的再生性能。Cu/碳球通过酸碱作用和π-络合机理共同作用来实现对噻吩硫化物的吸附脱除。

目录

第一章 前言

第二章 文献综述

2.1 燃料油脱硫的重要性

2.2 燃料油中硫的类型和含量分布

2.2.1 汽油中的含硫化合物

2.2.2 柴油中的含硫化合物

2.3 燃料油硫含量控制及发展趋势

2.3.1 国外燃料油硫含量标准

2.3.2 我国燃料油硫含量标准

2.4 燃料油的脱硫技术

2.4.1 加氢脱硫技术

2.4.2 非加氢脱硫技术

2.5 非加氢脱硫技术

2.5.1 萃取脱硫

2.5.2 氧化脱硫

2.5.3 烷基化脱硫

2.5.4 吸附脱硫

2.5.5 不同脱硫技术的比较

2.6 吸附脱硫技术

2.6.1 吸附脱硫剂

2.6.2 吸附脱硫机理

2.6.3 吸附剂的再生

2.7 本文研究内容和思路

第三章 实验方法

3.1 实验原料及仪器

3.2 吸附剂的制备

3.2.1 NiY分子筛的制备

3.2.2 Cu/碳球的制备

3.3 模型油中含硫化合物的选择和分析

3.3.1 含硫化合物的选择

3.3.2 模型油的配制

3.3.3 模型油硫含量的分析

3.4 吸附剂的表征

3.4.1 X-射线多晶粉末衍射

3.4.2 电感耦合等离子原子发射光谱

3.4.3 N2吸附法

3.4.4 傅立叶红外光谱

3.4.5 Boehm滴定法

3.4.6 场发射扫描电子显微镜

3.5 静态吸附脱硫实验

3.6 吸附剂的再生

3.7 本章小结

第四章 NaY和NiY分子筛吸附动力学和热力学研究

4.1 NaY和NiY分子筛的表征结果

4.1.1 NaY和NiY的物相结构分析

4.1.2 NaY和NiY的组成分析

4.1.3 NaY和NiY的孔性质分析

4.2 吸附温度的研究

4.3 吸附平衡时间的研究

4.4 NaY和NiY分子筛等温平衡吸附

4.5 NaY和NiY分子筛吸附动力学

4.6 NaY和NiY分子筛吸附热力学

4.7 本章小结

第五章 Cu/碳球吸附脱硫性能

5.1 Cu/碳球的成型原理

5.2 Cu/碳球的表征结果

5.2.1 表面形貌分析

5.2.2 物相结构分析

5.2.3 孔性质分析

5.2.4 元素铜的含量分析

5.2.5 表面酸性分析

5.2.6 表面含氧官能团分析

5.3 Cu/碳球的脱硫性能分析

5.3.1 Cu/碳球吸附脱硫性能的初步比较

5.3.2 吸附温度和吸附时间对吸附脱硫性能的影响

5.3.3 孔性质对吸附脱硫性能的影响

5.3.4 表面酸性对吸附脱硫性能的影响

5.3.5 Cu/碳球的选择性

5.3.6 Cu/碳球的再生性能

5.4 Cu/碳球的吸附脱硫机理

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢