高含硫天然气吸附氧化脱硫用脱硫剂设计、制备及其应用研究

【摘要】： H_2S在天然气中是一种有害物质,不仅对输运管路、设备等造成腐蚀,影响后续加工(如导致催化剂中毒),而且会严重威胁人身安全,属必须控制的污染源之一。迄今为止,天然气脱硫工艺主要包括干法和湿法两大类,湿法脱硫一般用于高含硫气体粗脱;干法脱硫通常用于低含硫气体处理,特别是气体精脱硫。但对硫含量较高的偏远、小型天然气田采用湿法成本太高,干法硫容小,失活快难以满足现场实际需求,至今仍没有得到很好的解决。因此本文综合目前应用最为广泛的活性炭和氧化铁脱硫剂的优缺点,分别采用担载法和原位合成法,寻求制备一种不仅穿透时间长,硫容高,而且工艺简单,成本低,适用于高硫含量气体脱硫的高效固体脱硫剂,填补目前的空白。 本论文首先以经不同酸碱处理改性后的活性炭为载体制备了担载型氧化铁活性炭脱硫剂,并采用自行设计的脱硫评价装置和选定的工艺技术条件对其脱硫性能进行了评价,结果发现以4M硝酸处理后的活性炭为载体制备的α-FeOOH/AC-m-NO3型脱硫剂脱硫效果最好,硝酸、尿素、磷酸三种改性剂以硝酸性能最佳,同时通过Boehm滴定和孔结构分析可知活性炭载体表面官能团的种类和含量及其孔道结构均对其脱硫活性具有重要的影响作用,尤以羧基含量和微孔结构影响最为明显。 其次采用原位合成法制得了结构性能各异的高效原位合成α-Fe/SAC脱硫剂,并考察了剂焦比、铁焦比、炭化时间、炭化温度、活化时间、活化温度等工艺条件对所制高效原位合成α-Fe/SAC脱硫剂结构性能的影响。之后利用自建脱硫评价装置对各脱硫剂的脱硫性能进行了考察,发现在一定工艺技术条件下制备的最优型原位合成α-Fe/SAC脱硫剂在原料气浓度高达3943.3mg/m3的苛刻条件下,经7h反应后出口浓度仍可达10.6mg/m3,而脱硫剂用量仅为0.2g。其7h硫容量可高达87.8%,且7h后脱硫率仍可高达99.73%。之后又分析考察了所得高效原位合成α-Fe/SAC脱硫剂自身结构特点对其脱硫性能的影响,发现比表面积、孔容、孔径,活性α-Fe均对其脱硫性能具有重要的影响,并存在最佳脱硫微孔孔径,同时增大介孔孔容和孔径可显著提高脱硫剂的硫容量。这些结果表明采用原位合成法制得的脱硫剂是一种理想的脱硫剂,其不仅具有发达的孔道结构,而且脱硫性能优异,工艺简单,可以很好地满足工业实际需求。 【关键词】：天然气 硫化氢 脱硫剂 担载 原位合成 活性炭 氧化铁
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TE644
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-9
• 创新点9-13
• 第1章 前言13-31
• 1.1 选题意义及背景13-15
• 1.2 湿法脱硫15-18
• 1.2.1 醇胺法15-16
• 1.2.2 铁基络合工艺16-17
• 1.2.3 钒基工艺17-18
• 1.3 干法脱硫18-27
• 1.3.1 活性炭脱硫18-24
• 1.3.1.1 活性炭脱除硫化氢的机理18-19
• 1.3.1.2 活性炭脱除硫化氢影响因素19-23
• 1.3.1.3 活性炭脱硫剂的再生23-24
• 1.3.2 分子筛脱硫24
• 1.3.3 氧化铁脱硫剂24-26
• 1.3.4 不可再生固体脱硫剂26-27
• 1.3.4.1 锌系脱硫剂26
• 1.3.4.2 锰矿脱硫法26-27
• 1.4 其它脱硫方法27-28
• 1.4.1 生物脱硫技术27
• 1.4.2 膜分离法27-28
• 1.5 本论文的主要任务28-31
• 第2章 实验部分31-47
• 2.1 药品与仪器31-32
• 2.2 实验部分32-47
• 2.2.1 担载型脱硫剂的制备32-34
• 2.2.1.1 α-FeOOH的制备32
• 2.2.1.2 脱硫剂的制备32-34
• 2.2.2 原位合成型脱硫剂的制备34-35
• 2.2.2.1 合成装置34
• 2.2.2.2 原位合成型脱硫剂合成工艺概述34-35
• 2.2.3 脱硫评价装置的建立35-41
• 2.2.3.1 脱硫评价装置的建立思路36-38
• 2.2.3.2 脱硫评价中各工艺条件的控制38-41
• 2.2.4 固体脱硫剂样品结构表征手段41-43
• 2.2.4.1 X射线粉末衍射分析（XRD）41
• 2.2.4.2 N_2吸附/脱附等温线（BET）分析41-42
• 2.2.4.3 Boehm 滴定法测定活性炭表面官能团42-43
• 2.2.4.4 FT-IR表征43
• 2.2.5 气体组分中硫含量的测定43-45
• 2.2.6 脱硫剂性能评价指标45-47
• 第3章 担载型α-FeOOH/AC脱硫剂研究47-71
• 3.1 前言47-48
• 3.2 结果与讨论48-69
• 3.2.1 酸碱处理对担载型脱硫剂脱硫效果的影响49-67
• 3.2.1.1 硝酸处理对担载型脱硫剂脱硫效果的影响49-56
• 3.2.1.2 尿素处理对担载型脱硫剂脱硫效果影响56-62
• 3.2.1.3 磷酸处理对担载型脱硫剂脱硫效果影响62-67
• 3.2.2 酸碱处理对担载型脱硫剂脱硫效果的比较67-69
• 3.3 小结69-71
• 第4章 原位合成α－Fe/SAC吸附氧化脱硫剂71-95
• 4.1 前言71-72
• 4.2 结果与讨论72-93
• 4.2.1 剂焦比对脱硫剂结构性能的影响73-80
• 4.2.2 铁焦比对脱硫剂结构性能的影响80-82
• 4.2.3 炭化温度对脱硫剂结构性能的影响82-84
• 4.2.4 炭化时间对脱硫剂结构性能的影响84-86
• 4.2.5 活化温度对脱硫剂结构性能的影响86-88
• 4.2.6 活化时间对脱硫剂结构性能的影响88-91
• 4.2.7 原位合成α－Fe91-93
• 4.3 小结93-95
• 第5章 原位合成α－Fe/SAC脱硫剂脱硫性能评价95-124
• 5.1 前言95-96
• 5.2 结果与讨论96-123
• 5.2.1 剂焦比对脱硫剂脱硫性能的影响96-98
• 5.2.2 铁焦比对脱硫剂脱硫性能的影响98-105
• 5.2.3 炭化温度对脱硫剂脱硫性能的影响105-107
• 5.2.4 炭化时间对脱硫剂脱硫性能的影响107-109
• 5.2.5 活化温度对脱硫剂脱硫性能的影响109-111
• 5.2.6 活化时间对脱硫剂脱硫性能的影响111-113
• 5.2.7 各结构参数对原位合成α-Fe/SAC脱硫剂脱硫性能的影响113-123
• 5.2.7.1 微孔结构对脱硫剂脱硫性能的影响113-116
• 5.2.7.2 介孔结构对脱硫剂脱硫性能的影响116-118
• 5.2.7.3 活性位结构对脱硫剂脱硫性能的影响118-120
• 5.2.7.4 协同效应120-123
• 5.3 小结123-124
• 第6章 结论124-127
• 参考文献127-133
• 致谢133-134
• 个人简历、在学期间的研究成果134

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