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煤炭是世界上最丰富的化石燃料资源,煤的清洁转化利用是符合人类可持续发展目标的重要能源技术,高温煤气脱硫是提高能源利用效率的关键。煤气化过程产生的气体中硫主要以硫化氢的形式存在。
本文在综述了国内外高温煤气脱硫方面的研究进展和鲍国杭硕士论文的研究成果之后,进一步考察了具有较好脱硫性能的氧化铈和氧化锰基脱硫剂。
本文采用混合法制备了多种氧化铈基和氧化锰基脱硫剂,用X射线衍射(XRD)分析了氧化铈基脱硫剂硫化前后的物相成分变化,用扫描电镜及能谱分析(SEM-EDX)表征了不同条件下硫化前后的脱硫剂样品,用程序升温还原(TPR)测试了氧化铜助剂对氧化铈脱硫剂还原的影响。
在固定床反应器中,考察了各脱硫剂粘结剂种类、活性助剂、脱硫及还原温度、还原时间、硫化气氛等条件对脱硫剂脱硫原性能的影响,并通过热力学分析证实了脱硫的实验结果,然后对氧化锰基脱硫剂进行了再生性能研究。通过高温煤气脱硫及再生实验研究可得出如下主要结论:以膨润土作为粘结剂的CeO2为主要成分的脱硫剂在1050℃下烧结后有较好的脱硫性能,脱硫精度最高可达1ppm以下,但硫容量偏低,仅有7.3g/100g脱硫剂。预还原后的脱硫剂脱硫的初始阶段主要发生价态较低的氧化铈脱硫反应,随后氧化铈的价态受控于气氛的氧势,并表现出由不同价态氧化铈的脱硫效果。膨润土作为粘结剂要比高铝矾上有更好的脱硫性能。经预还原的氧化铈脱硫剂在900℃下可以在较高脱硫精度的情况下保持相当长的时间。适量的氧化铜助剂能够促进氧化铈脱硫剂的还原,加入10wt%CuO的氧化铈脱硫剂脱硫性能最佳。
氧化锰基脱硫剂作为可再生的高温脱硫剂,具有良好的再生性能,8次硫化-再生循环试验表明,脱硫及未出现粉化和脱硫能力降低等现象,可应用于工业化的高温脱硫过程。