随着世界乙烯工业生产规模的扩大,其副产物C5馏分油的产量也逐年增加。C5馏分油中富含大量的碳五双烯烃,经分离可生产高附加值化工产品。C5馏分油的合理开发利用有助于提高乙烯生产的经济效益和竞争力。但C5馏分油中含有的CS2会毒化后续加工过程中的催化剂、腐蚀工艺设备和影响产品质量。开发高性能的脱硫吸附剂对C5深度脱硫是提高其经济利用价值的关键。同时,脱硫机理的研究能够为合成高效吸附剂提供理论基础,并为工业C5脱硫提供指导。目前,国内外对C5馏分油脱硫技术研究较少,对脱硫机理和反应路径的了解不够深入。本文采用混捏法和浸渍法制备了一系列活性氧化铝载体和氧化铝基脱硫吸附剂,并在吸附剂物化性质的表征、脱除CS2性能的评价、再生性能的评价和CS2脱除机理的计算化学理论分析等方面进行了较为系统的研究。具体内容如下:论文首先以拟薄水铝石为原料,采用混捏法制备了氧化铝载体,采用浸渍法制备了一系列脱硫吸附剂。考察了载体前驱体、活性组分、助剂、浸渍方法和焙烧条件等对吸附剂脱硫性能的影响。得到吸附剂的最佳制备条件:载体为γ-Al2O3,浸渍溶液的组成为0.3 g/m L的K2CO3与0.07 g/m L的柠檬酸,浸渍方法为等体积浸渍,焙烧方法为流速200 m L/min的空气中500℃焙烧3 h。此条件下制备出的吸附剂脱硫性能最好,在静态脱硫实验中,可将C5中的硫含量在1小时内从1200μg/m L降低至375μg/m L。筛选出的吸附容量高且选择性好的吸附剂,在固定床反应器上,考察了温度、模拟油初始硫含量、空速和C5组成等对吸附剂脱硫效果的影响。发现,该吸附剂固定床脱硫的最佳工艺条件为:温度30℃、模拟油初始硫含量50μg/m L和空速1h-1,在此工艺条件下CA-K2CO3/Al2O3吸附剂的穿透硫容可以达到0.82 wt.%。并且该吸附剂不会导致C5组分及其单烯烃的聚合,对产品质量也不会产生影响。通过多种表征手段,对CS2的脱除机理进行分析。N2吸附-脱附的结果表明,大的比表面积和孔容,4-6 nm的孔径范围更有助于CS2的选择性吸附。XRD、红外光谱、离子色谱和TEM等表征方法的结果表明,脱硫过程中有硫单质和硫酸盐的生成。结合CS2水解机理推论,C5中CS2的脱除包括吸附、水解和氧化三个过程。CS2首先吸附在吸附剂上并被水解生成H2S,H2S进一步被氧化生成S/SO42-。S单质或硫酸盐会在吸附剂的表面和孔道沉积,导致吸附剂失活。吸附剂上的碱性中心是CS2的主要活性位点,其有助于CS2的吸附和水解。其他活性基团,如-OH、-COO和-C=O等,则促进了H2S的氧化。应用气体吹扫、水洗、再浸渍、气体吹扫+水洗和气体吹扫+水洗+再浸渍等五种方法对失活的吸附剂进行再生。优化的再生条件为,失活吸附剂依次经过气体吹扫、水洗和再浸渍,此方法再生的吸附剂性能最好,能够恢复新鲜吸附剂96%的脱硫活性。气体加热吹扫能够脱除吸附剂表面的S单质。水洗可以洗去吸附剂表面沉积的硫酸盐和S单质。再浸渍K2CO3和柠檬酸混合溶液可以补充脱硫和再生过程中消耗的活性组分,如碱中心和含氧官能团等。吸附剂的再生性能随着再生次数的增加逐渐降低,主要是因为硫酸盐的积累。从微观角度分析脱硫机理能够为高性能吸附剂的制备提供理论基础。本文使用分子动力学和密度泛函理论模拟计算了CS2的脱除机理。采用Reax FF力场模拟脱硫过程,探讨脱硫过程中可能发生的反应。研究发现,脱硫过程中发生最多的反应是C-O路径两步反应机理,即CS2与一个OH-反应生成COS,之后COS继续与一个OH-反应生成CO2。在分子动力学的模拟过程中,没有发现CS2与H2O的反应。使用G4作为能量计算的基准,在B3PW91/Aug-cc-p VTZ理论水平上计算了分子动力学模拟中发生反应的过程及能量变化。结果表明,CS2和OH-在C-O路径两步机理中的吸附水解是放热反应,反应过程所需的活化能仅为18.0 kcal/mol,低于其他反应所需的能量。因此,C-O路径的两步机理是最有可能发生的,这与分子动力学模拟的结果一致。通过结合实验与理论计算的结果分析发现,C5中CS2在CA-K2CO3/Al2O3吸附剂上的脱除遵循水解机理,起到水解作用的是吸附剂上的OH-。