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多煤少油的现状决定我国必然要以煤炭作为主要能源。整体煤气化联合循环发电(IGCC)是二十一世纪最有前景的煤炭利用途径,具有系统效率高、设备投资成本低和环境低污染等优点。热煤气的脱硫净化是其中的关键组成部分。目前研究重点是中温煤气脱硫,脱硫温度在200~350℃。在此温度下脱硫存在的主要问题是反应活性低和再生温度高。溶胶凝胶法制备的Ni-Zn-Fe复合氧化物脱硫剂同时具有氧化锌的高脱硫精度和氧化铁的高硫容,Ni的加入又降低了再生温度。本论文详细研究了Ni-Zn-Fe脱硫剂的成型制备,硫化反应工艺条件、硫化/再生循环对其脱硫活性的影响,并通过XRD和BET等表征手段对脱硫剂的物性特点进行了分析。
论文主要包括以下部分:
第一章为文献综述及课题选择。对高温干法脱硫和中低温干法脱硫的研究现状和发展趋势进行了阐述,分析了目前该工艺存在的关键问题和急需解决的技术难点,并在此基础上提出课题研究的主要目的和研究内容。
第二章是实验所用的装置和主要分析测试手段。介绍了实验的设备和分析表征手段。
第三章考察了不同煅烧温度下前驱体活性变化以及不同助剂添加量对成型脱硫剂有效硫容的影响。借助BET,XRD等分析表征手段,研究发现煅烧温度为500℃时,具有尖晶石结构的铁酸盐已经完全生成。煅烧温度继续升高,前驱体比表面积下降,晶体聚集进而引起烧结。通过考察不同粘结剂和造孔剂添加量对脱硫剂活性的影响,发现高岭土添加量为30~40%以及淀粉添加量为5%时的脱硫剂脱硫效果最佳。
第四章考察了工艺条件对脱硫剂脱硫性能的影响,包括H2S浓度、空速、H2和水蒸气以及CO含量的影响。通过实验得出,H2S浓度越高,硫容越大;空速过小会造成硫容降低,而空速过大会影响脱硫精度:H2对H2S的脱除有阻碍作用;水蒸气对于硫化反应的进行有很大的负作用;CO含量变大会消耗掉气氛中的水气,进而促进脱硫反应的进行。
第五章对Ni-Zn-Fe脱硫剂进行了TPO再生性能测试以及固定床硫化/再生循环评价。结果表明,脱硫剂在500℃下就可在空气中再生。循环过程中脱硫剂仅在一次再生后硫容相比新鲜样品有所下降,之后的循环评价中硫容基本保持不变。对循环过程中脱硫剂物性结构变化进行了表征分析,发现一次再生后脱硫剂比表面积和孔容有所下降以及生成了少量不可再生的硫酸盐,这可能是活性下降的原因。
第六章为工作总结和展望。对论文工作进行总结以及提出了论文创新点,并指出工作中有待解决的问题,为以后的工作指明方向。