鈰基氧化物脫除煤氣中H2S和Hg0的理論研究.pdf

1、煤的熱解和氣化是煤炭潔凈利用的主要技術(shù)。H2S和Hg是熱解和氣化煤氣中兩種重要的污染物，對(duì)環(huán)境和后續(xù)煤化工過程都會(huì)產(chǎn)生不良的影響。因此，脫除煤氣中的硫化氫以及減少汞的排放是實(shí)現(xiàn)煤炭潔凈高效利用的重要問題之一。
　　氧化鈰具有良好的脫硫性能和催化氧化Hg0的能力，通過對(duì)氧化鈰脫硫和脫汞機(jī)理進(jìn)行深入研究，可以為改性氧化鈰高效脫硫脫汞提供基本的理論線索。本文采用量子化學(xué)密度泛函理論(DFT)計(jì)算方法，系統(tǒng)地闡明了氧化鈰脫硫劑脫除H2S的

2、反應(yīng)機(jī)理;探討了含Cl物種在氧化鈰表面催化氧化脫除Hg0的反應(yīng)機(jī)理;通過構(gòu)建第二金屬摻雜的氧化鈰模型，探討了摻雜助劑對(duì)氧化鈰氧化脫除Hg0以及對(duì)Hg0和H2S共脫除的影響。得到的主要結(jié)論如下:
　　H2S與氧化鈰的作用機(jī)理表明:H2S在表面為部分解離吸附;H2S與完美表面作用生成SO2、H2和H2O的三條路徑中，SO2的生成是最有利的反應(yīng)路徑;在還原型表面，無論是脫氫過程，還是生成H2和H2O的反應(yīng)過程，H2S中的S原子填充于表面

3、O空缺形成了硫化表面。
　　氧化鈰的脫硫過程主要包括兩個(gè)步驟:首先表面產(chǎn)生O空缺，形成還原型表面;其次，S被表面O空缺捕獲，形成CeOS物種，達(dá)到脫硫的目的。將氧化鈰在還原性氣氛下預(yù)先還原，使表面產(chǎn)生更多的O空缺，是提高氧化鈰脫硫效率的關(guān)鍵。
　　含Cl物種有利于氧化鈰催化氧化脫除Hg0:從動(dòng)力學(xué)角度分析，Cl2在表面先解離后氧化與直接氧化Hg0為HgCl2的反應(yīng)路徑是相互競(jìng)爭(zhēng)的;HCl在表面自發(fā)解離放出的熱量高于氧化Hg0

4、所需克服的反應(yīng)能壘;表面吸附Cl能夠自發(fā)地氧化Hg0為HgCl2;含Cl物種氧化Hg0的過程屬于Eley-Rideal機(jī)理。
　　表面O空缺不利于含Cl物種氧化Hg0:HgCl和HgCl2在含O空缺的氧化鈰表面主要發(fā)生解離吸附;將氧化鈰在氧化性氣氛下預(yù)先氧化，有利于提高含Cl物種氧化Hg0的效率。
　　表面摻雜有利于氧化鈰表面活性O(shè)氧化脫除Hg0:在完美表面，Hg0為弱物理吸附，表面吸附O的覆蓋度對(duì)Hg0的吸附?jīng)]有影響;通過