半焦负载铁基脱硫剂焦炉煤气脱硫及水蒸气再生实验研究

【摘要】：煤炭资源的合理、综合、高效利用是目前备受关注的课题,我国作为煤炭消费大国,积极利用资源的同时也带来了诸多环境问题。随着焦化工业的迅猛发展,焦炉煤气已然成为一种大吨位的高热值能源及化工原料。然而我国焦化行业对环境的污染严重,能源利用率低下等问题仍然是制约其发展的主要因素。焦炉煤气中的含硫成分,作为大气污染物之一,不仅污染环境,对生产中管道设备造成腐蚀,使催化剂中毒,并对人体危害严重,因此,焦炉煤气脱硫具有重要意义。氧化铁资源丰富,价格低廉,具有高硫容和快速反应的特性,因此,铁基脱硫剂具有广阔的工业应用前景。失活后脱硫剂的再生及循环利用,是降低成本,回收硫资源的有效途径。以单独水蒸气为还原气氛,有效避免再生过程中脱硫剂烧结问题,可以得到高浓度H2S气体,有利于下一阶段的硫回收。本论文以铁基脱硫剂为基础,分别添加金属Zn、Cu,利用超声波辅助共沉淀法分别制备了半焦负载的Fe、Zn、Cu、Fe-Zn、Fe-Cu和Fe-Zn-Cu 6种脱硫剂。在固定床反应器中考察了金属Zn、Cu的加入对脱硫剂的脱硫性能的影响,并以温度、空速及水蒸气含量为变量,分别考察不同条件下脱硫剂的再生效果,确定最优再生参数条件。对脱硫效果最佳的脱硫剂在最优的再生参数下循环脱硫再生多次,考察再生效果。作为对比,在最佳再生条件下用SO2作为再生气氛用于脱硫剂再生,实验可直接得到单质硫,但需要的SO2浓度较高,再生时间较长。采用X射线衍射仪(XRD)表征脱硫剂硫化前后及再生后的晶体结构,利用傅里叶红外仪(FT-IR)对样品的表面化学结构变化进行了表征、辅助XPS来判断其中金属元素的化合价、并以BET来检测脱硫剂失活前后及再生后的比表面积及孔容、用SEM-EDX来观察脱硫剂的形貌。实验结果表明,金属Zn、Cu的加入使得铁基脱硫剂的脱硫性能得到明显改善,脱硫剂的穿透时间及穿透硫容均得到提升,其中半焦负载Fe-Zn-Cu脱硫剂具有最佳脱硫性能,穿透时间可以到达540min,穿透硫容可达到217 mg硫/g脱硫剂。水蒸气再生最佳条件为:当温度为700℃,空速为5000 h-1,水蒸气(50%,vol.),水蒸气再生在一定程度上对脱硫剂具有扩孔作用,强化脱硫效果,再生后的脱硫剂脱硫性能稳定,脱硫剂经多次硫化-再生循环后,仍具有良好的脱硫性能。 【关键词】：焦炉煤气 脱硫 铁基脱硫剂 硫化 水蒸气再生
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ546.5
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1.绪论10-22
• 1.1 我国焦炉煤气利用现状10-12
• 1.1.1 焦炉煤气的利用10-12
• 1.1.2 H_2S的危害12
• 1.2 焦炉煤气脱硫的研究现状12-15
• 1.2.1 湿法脱硫12
• 1.2.2 干法脱硫12-15
• 1.3 脱硫剂再生的研究现状15-20
• 1.3.1 再生气氛15-18
• 1.3.2 再生过程影响因素18-19
• 1.3.3 再生过程中硫的回收19-20
• 1.4 论文的研究目的及内容20-22
• 2.实验方法与设备22-30
• 2.1 脱硫剂的制备22-27
• 2.1.1 实验用神华褐煤及煤样处理22-23
• 2.1.2 脱硫剂制备所用药品及仪器23-24
• 2.1.3 脱硫剂制备24-27
• 2.2 脱硫剂硫化及再生实验27-28
• 2.2.1 脱硫剂硫化及再生实验参数27
• 2.2.2 脱硫剂硫化及再生实验27-28
• 2.3 硫化及再生效果评价28-30
• 2.3.1 脱硫剂穿透时间及硫容29
• 2.3.2 表征手段29-30
• 3.实验结果与分析30-41
• 3.1 半焦负载单一及复合脱硫剂的硫化性能30-32
• 3.2 脱硫剂再生参数的影响32-41
• 3.2.1 气体空速对再生效果的影响32-34
• 3.2.2 温度对再生性能的影响34-35
• 3.2.3 水蒸气含量对再生性能的影响35-38
• 3.2.4 半焦负载Fe-Zn-Cu脱硫剂的硫化再生循环实验38-39
• 3.2.5 SO_2气氛下脱硫剂的再生39-40
• 3.2.6 碳损失反应的研究40-41
• 4.脱硫剂表征结果与讨论41-51
• 4.1 脱硫剂XRD分析41-45
• 4.1.1 单金属脱硫剂XRD检测41-42
• 4.1.2 二元金属脱硫剂XRD检测42-43
• 4.1.3 半焦负载三元金属脱硫剂XRD检测43-44
• 4.1.4 利用SO_2气氛再生后脱硫剂XRD检测44-45
• 4.2 脱硫剂XPS分析结果45-47
• 4.3 脱硫剂SEM-EDS分析结果47-48
• 4.4 脱硫剂BET分析结果48-50
• 4.5 脱硫剂FT-IR分析结果50-51
• 5.结论51-52
• 参考文献52-57
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况57-58
• 致谢58-59
• 作者简介59-60

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