半焦負(fù)載鐵酸鋅中高溫煤氣脫硫劑的制備及性能研究.pdf

1、能源資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)進(jìn)步發(fā)展的重要基石。我國(guó)當(dāng)前時(shí)期正處在工業(yè)化、現(xiàn)代化和城鎮(zhèn)化的重要階段，迫切的需要建立起來(lái)一個(gè)清潔可靠的能源供應(yīng)體系。作為現(xiàn)代煤炭潔凈利用技術(shù)的一種，煤氣化技術(shù)受到了各界廣泛的關(guān)注，其中煤氣凈化技術(shù)是煤氣化的關(guān)鍵技術(shù)之一。在過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)關(guān)于中高溫煤氣脫硫劑活性組分的研究已經(jīng)從單一的金屬氧化物轉(zhuǎn)化為復(fù)合金屬氧化物。尖晶石結(jié)構(gòu)的納米鐵酸鋅作為一種新型的無(wú)機(jī)多功能材料，因具有較高的硫容和脫硫精度，已經(jīng)成為煤氣脫硫劑研

2、究的重點(diǎn)。
　　本文以氯化鐵、氯化鋅和氫氧化鈉為原料，使用低溫固相化學(xué)反應(yīng)法制備納米鐵酸鋅的前軀體，然后使用馬弗爐高溫焙燒制備得到納米鐵酸鋅，考察了微波和常規(guī)的焙燒時(shí)間以及焙燒溫度對(duì)納米鐵酸鋅晶粒粒徑的影響，并研究了鐵酸鋅的晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。分別使用微波馬弗爐和常規(guī)馬弗爐經(jīng)一步焙燒制備脫硫劑，在模擬德士古煤氣的固定床上考察了兩種焙燒方式以及焙燒的時(shí)間和溫度對(duì)脫硫劑脫除硫化氫性能的影響。使用氮吸附儀(BET)、X射線粉末衍射儀(XRD

3、)、X光電子能譜儀(XPS)、電子掃描電鏡(SEM)、熱重-差熱分析儀(TG-DSC)以及傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)等儀器對(duì)樣品進(jìn)行表征，并將表征的結(jié)果與脫硫劑的硫化性能相互關(guān)聯(lián)，分析了脫硫劑的硫化性能與制備條件的關(guān)系，為進(jìn)一步優(yōu)化脫硫劑的性能提供指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)的主要結(jié)論如下:
　　(1)先后采用化學(xué)活化法與物理活化的方法對(duì)弱粘煤半焦進(jìn)行改性?？疾炝烁邷鼗罨臏囟群蜁r(shí)間對(duì)半焦物性參數(shù)的影響。認(rèn)為700℃高溫活化2h為最優(yōu)的活化條件

4、，隨著改性溫度的升高和時(shí)間延長(zhǎng)，半焦的比表面積和孔容，均先增大后降低。最優(yōu)條件下改性半焦的比表面積為239.5m2/g，平均孔徑為5.18nm。
　　(2)以氯化鐵、氯化鋅以及氫氧化鈉為原料采用固相合成法制備得到了鐵酸鋅前軀體，其物料最佳摩爾配比為2∶1∶10，并且確定了前軀體熱分解過(guò)程中的反應(yīng)以及相變過(guò)程。在焙燒溫度為400℃左右時(shí)前軀體開(kāi)始分解，產(chǎn)物中的氧化鐵與氧化鋅隨之發(fā)生相變生成尖晶石結(jié)構(gòu)的鐵酸鋅，隨后鐵酸鋅的晶粒開(kāi)始長(zhǎng)大

5、，其中溫度對(duì)粒徑的影響更為顯著。
　　(3)在400℃～700℃溫度范圍內(nèi)采用晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的唯象理論計(jì)算得到微波焙燒和常規(guī)焙燒下納米鐵酸鋅的晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)指數(shù)及其晶粒生長(zhǎng)激活能。其中微波和常規(guī)焙燒時(shí)晶粒生長(zhǎng)的平均動(dòng)力學(xué)指數(shù)分別為9.6和10.6，平均生長(zhǎng)激活能分別為122.1kJ/mol和179.4kJ/mol，微波制備鐵酸鋅時(shí)晶粒生長(zhǎng)更快。
　　(4)采用常規(guī)一步焙燒法制備得到改性半焦負(fù)載的鐵酸鋅中高溫煤氣脫硫劑。在焙燒

6、溫度為600℃，焙燒時(shí)間2h，負(fù)載比為10∶8，活性組分含量為25％時(shí)制備的脫硫劑硫化穿透時(shí)間最長(zhǎng)，一次穿透的硫容最大達(dá)到8.58(gS/100 g脫硫劑)，且機(jī)械強(qiáng)度滿(mǎn)足硫化實(shí)驗(yàn)需要，沒(méi)有出現(xiàn)脫硫劑的粉化現(xiàn)象。
　　(5)采用微波一步焙燒法制備得到改性半焦負(fù)載的中高溫鐵酸鋅煤氣脫硫劑。在活性組分為25％不變時(shí)，最佳制備條件的負(fù)載比為10.6，微波500℃輻照2h，此時(shí)穿透時(shí)間為11h，一次穿透的硫容為9.16（gS/100 g脫