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煤气中的硫化氢会对产品和环境造成严重污染,需对其进行净化才能进行下一步利用。在高温煤气脱硫过程中,脱硫剂存在烧结、粉化等现象,导致其硫化性能稳定性差、重复利用率低。因此,改善脱硫剂稳定性,提高脱硫剂的多次硫化-再生循环性能对发展煤气脱硫技术具有重要的意义。本文以醋酸锌为原料,选取改性MCM-41分子筛为载体,考察制备过程中影响因素对脱硫剂多级孔隙构筑的影响,通过原位氧化制备得到锌基有序介孔高温煤气脱硫剂,优化脱硫剂织构及硫化性能,深入探究脱硫剂微观结构构筑与性能之间的构效关系,揭示微波加热在原位氧化及再生过程中基于热效应和非热效应的微观传质强化作用和界面效应,从动力学角度分析了脱硫剂织构对硫化-再生行为的影响机制。具体研究结果如下:(1)在制备过程中,脱硫剂孔道有序度随铝含量的增加下降,当硅铝摩尔比为30:1时,硫容最大,为9.14 g S/100 g脱硫剂。脱硫剂硫化性能随晶化p H升高出现先增大后减小的趋势,p H值为10.0时脱硫剂的硫化性能最优。增加硫源的添加量提升了脱硫剂结构性能,脱硫剂比表面积和孔容在锌硫摩尔比1:3时最大。脱硫剂硫化性能随着活性组分添加量的增加显著提高,当锌硅摩尔比为0.32:1时,脱硫剂的硫化性能最好。综合所得脱硫剂的最优制备条件为硅铝比30:1、晶化p H值10.0、锌硫比1:3和锌硅比0.32:1。(2)在原位氧化过程中,当氧化温度为650°C时,前驱体氧化率最高,脱硫剂的硫化性能最优。氧化空速达到3000 h-1时,硫容相应最高。当氧气浓度为6 vol%时,制备所得脱硫剂的硫化性能达到最优。因此,在脱硫剂的原位氧化过程中,最优条件为氧化温度650°C、氧化空速3000 h-1、氧气浓度6 vol%。在硫化性能测试中,铝掺杂的脱硫剂初次硫容有所下降,但是在多次硫化-再生循环过程中,脱硫剂展现出较高的结构稳定性,硫容保有率从51%提高至81%。(3)相比常规方法,微波氧化-再生方式降低了活性组分结合能,使脱硫剂对硫化氢的吸附能力增强,同时促进活性组分向表面迁移,增加活性位点,提高了硫化活性,脱硫剂的初次硫容上升至10.30 g S/100 g脱硫剂。微波加热的特性减少了高温对载体的影响,使脱硫剂在硫化-再生循环过程中保持了良好的孔道结构有序度,脱硫剂的硫化性能稳定性得到提高,经过五次硫化-再生循环,微波氧化-再生所得脱硫剂的硫容保有率提高至88%。(4)动力学研究结果表明,脱硫剂的硫化和再生反应都为一级反应。硫化反应中,铝的引入提高了表面化学反应活化能,降低了颗粒间扩散活化能,这是由于铝掺杂增强脱硫剂表面酸性的同时提高了载体结构稳定性。微波氧化制备的脱硫剂在硫化过程中表面化学反应活化能和颗粒间扩散活化能有所降低,证明微波对微观传质具有强化作用,提高了脱硫活性。再生动力学研究中发现,铝掺杂脱硫剂的表面化学反应活化能和颗粒间扩散活化能有所下降,经过微波氧化后脱硫剂的两种活化能进一步降低,这表明改善脱硫剂结构稳定性可以降低硫化和再生过程中的反应阻力,提高脱硫剂在多次硫化过程中的性能。