常温铁系煤气脱硫剂的研究

【摘要】：当前煤气应用日益广泛,给常温煤气脱硫剂产业带来发展的契机。同时,也对脱硫剂提出了更高的要求,必须解决目前脱硫剂存在的各种不足,开发出工艺适用性强的脱硫剂产品。提高脱硫剂性能,首先必须对脱硫剂的脱硫机理、脱硫工艺影响因素等影响进行充分的研究。工业脱硫主要采用固定床反应器,其脱硫过程为动态变化过程,通过建立其数学模拟,确定反应器工艺参数的变化规律,对于反应器设计以及过程监控都至关重要。本文即是在制备BMC高效常温氧化铁脱硫剂的基础上,全面考察脱硫工艺因素对其应用的影响,进而探究其脱硫机理,并建立了脱硫反应固定床模型。本文研究的目的主要目的是解决目前脱硫剂存在的各种不足,并在此基础上进行脱硫剂机理探究、建立常温脱硫固定床反应模型,为脱硫工艺下一步研究开发工作作基础指导性研究。 目前常温成型氧化铁脱硫剂存在原料利用率不高、一次工作硫容低、机械强度低、耐水性差、工艺适用性不足等缺点。在现有研究基础上改进脱硫剂配方与制备工艺,成功制备出BMC成型氧化铁煤气脱硫剂。其各种物理、化学性能的评价结果显示:φ4-6mm褐色圆柱状颗粒;干强度高,径向强度450N/cm~2,轴向强度70N/cm;湿强度高,水含量为40%时,压力为2Mpa下粉末产率低于1%;耐水性好,水煮2小时无粉化;硫容高、寿命长,空速为200 h~(-1)与400 h~(-1)时,一次穿透硫容达20%以上,两次累积均超过40%,在空速800 h~(-1)时,一次硫容仍大于15%,两次累积大于25%。原料利用率大于80%。 对脱硫工艺因素:操作温度、床层含水量、粒度、气源 H_2S含量、空速进行了全面以及显著性影响分析。结果表明:温度、水分对脱硫剂的硫容均存在一个最佳值,在20℃、含水量20%左右脱硫剂硫容比其他条件下硫容要高;随气源H_2S含量增加,硫容稍有增高;脱硫剂颗粒粒径越小,硫容增高显著,但是床层阻力降同时也急剧上升;空速升高,硫容下降。而对各因素影响显著性研究表明,其影响强弱依次为:温度、颗粒粒度、水分含量、空速、气源H_2S含量。BMC常温煤气脱硫剂在上述各种工艺因素考察试验中表现出较强的适应能力,硫容随因素水平的变化不明显。 摘要 XRD测试表明BMC氧化铁脱硫剂的活性组分为v一FeZO3·HZO(Lepidoeroeite), 添加粘结剂、结构性助剂等后经过充分混合、成型干燥,工艺过程中活性氧化铁没有 发生转变且得到充分分散,为活性组分的有效牙lj用莫定了基础。气体中HZS分子主要 进入在1 00A以下的微孔内发生化学吸附,属弱吸附类型。结合SEM旧PMA分析, 在微孔内表面,Y一FeZO3·HZO与进入孔道的HZS发生脱硫反应变为FeZs3,遇空气 FeZS:再生,并析出S广泛分布于颗粒内部。通过计算得出常温下氧化铁脱硫反应为 放热反应,温度升高不利于反应进行,理论放热量减小。 在进行一系列合理假设的前提下,以非均相气固反应为基础,建立常温氧化铁 脱硫固定床模型。在常温区内选择20℃、40℃、60℃、80℃四个温度点进行穿透试 验。对穿透曲线分析认为HZS与脱硫剂的反应可分为“三区”。以总传质系数Kf和吸 附平衡常数Kh来表述反应速率,建立反应模型。以单纯型法计算对试验数据以最小 二乘法进行回归优化计算,得到相关系数R0.%的计算穿透数据,并与实测数据拟 合良好,从而确定模型参数Kf和Kh。以阿累乌尼斯方程对各温度下模型参数进行表 征,InK与T线性关系好(R0.98)。经过验证内扩散达到完全消除,试验结果可信 度高。 在本论文最后,作者结合本文研究经验,给脱硫剂研究和发展方向提出一些建 关健词:脱HZS氧化铁机理模型 一2一 【关键词】：脱H_2S 氧化铁 机理 模型
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TQ546.5
【目录】：

• 第一章 文献综述9-27
• §1．1 常温煤气脱硫9-16
• 1．1．1 脱硫方法10-12
• 1．1．2 干法脱硫12-13
• 1．1．3 氧化铁脱硫剂13-16
• 1．1．3．1 氧化铁脱硫剂原料的开发13-14
• 1．1．3．2 国内外氧化铁脱硫剂产品研制14-16
• §1．2 常温煤气脱硫工艺及影响因素16-19
• 1．2．1 脱硫工艺16-18
• 1．2．2 脱硫工艺影响因素研究18-19
• §1．3 氧化铁煤气脱硫机理与反应动力学研究19-23
• 1．3．1 脱硫机理19-21
• 1．3．2 脱硫工艺影响因素以及动力学的研究21-23
• §1．4 本文研究目的、意义及创新点23-27
• 第二章 常温成型氧化铁煤气脱硫剂的制备及评价27-41
• §2．1 脱硫剂的制备27-31
• 2．1．1 制备工艺27-28
• 2．1．2 原料的选择28
• 2．1．3 添加剂的优选28-31
• 2．1．3．1 粘结剂28-30
• 2．1．3．2 结构助剂(载体)30-31
• §2．2 脱硫剂的性能评价31-40
• 2．2．1 物理性能31-34
• 2．2．2 化学性能(脱硫活性)34-40
• §2．3 小结40-41
• 第三章 脱硫工艺影响因素的研究41-53
• §3．1 温度的影响41-42
• §3．2 空速的影响42-44
• §3．3 水分的影响44-46
• §3．4 颗粒粒度的影响46-47
• §3．5 气源H_2S含量的影响47-48
• §3．6 工艺因素影响显著性研究48-49
• §3．7 小结49-53
• 第四章 常温成型氧化铁脱硫机理的研究53-71
• §4．1 氧化铁脱硫反应机理53-64
• 4．1．1 脱硫活性组分的确定53-61
• 4．1．1．1 X光衍射分析(XRD)53-58
• 4．1．1．2 电子探针显微分析(SEM/EPMA)58-61
• 4．1．2 脱硫反应及热力学计算61-64
• §4．2 H_2S在氧化铁脱硫剂中扩散机理的研究64-69
• §4．3 小结69-71
• 第五章 常温氧化铁脱硫固定床模型的建立71-95
• §5．1 脱硫固定床模型研究路线72-78
• 5．1．1 研究思路73-74
• 5．1．2 研究中所作的假设74-75
• 5．1．3 反应数学模型的建立75-76
• 5．1．4 固定床模型参数K_f、K_h初始值的确定76-77
• 5．1．5 固定床模型数值解77
• 5．1．6 温度对脱硫反应的影响77-78
• §5．2 研究试验78-93
• 5．2．1 消除内外扩散试验78-80
• 5．2．2 固定床模拟试验80-82
• 5．2．3 动力学试验数据及处理82-88
• 5．2．4 温度对固定床模型参数的影响88-91
• 5．2．5 常温氧化铁脱硫固定床模型的确定91-93
• §5．3 小结93-95
• 第六章 结论、存在的不足与建议95-99
• 参考文献99-105
• 附表105-109
• 致谢109

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