Ni-Zn-Fe复合氧化物脱硫剂再生研究

在固定床装置上考察了温度和O2浓度对溶胶-凝胶自燃法制备的Ni-Zn-Fe复合氧化物脱硫剂再生性能的影响,并进行了二次硫化实验;应用XRD、BET、SEM测试手段对新鲜脱硫剂及不同温度下再生后的样品进行了表征分析。结果表明,Ni-Zn-Fe复合氧化物脱硫剂在400℃下能够再生,而且体积分数为2%的O2对于该脱硫剂的再生较为合适,再生的脱硫剂具有良好的二次脱硫活性。再生后的XRD谱图与新鲜样品一致,且没有硫酸盐的生成;SEM测试结果显示,该脱硫剂在530℃或体积分数为4%的O2下再生发生严重烧结,基本没有二次脱硫活性。用收缩核模型对Ni-Zn-Fe复合氧化物脱硫剂的再生动力学行为进行了描述,发现其再生过程存在控制步骤由化学反应控制向扩散控制的转移。在反应起始阶段,受化学反应控制,化学反应活化能为27.16 kJ/mol,表观化学反应速率常数的指前因子为4.62 m/min;随着反应的进行,产物层逐渐增厚,再生过程受扩散控制,扩散活化能为40.37 kJ/mol,有效扩散系数的指前因子为0.49×10-3m2/min。     

钛酸锌高温煤气脱硫剂再生行为的研究

在热天平装置上研究了再生反应温度、反应气体中氧气体积分数、脱硫剂颗粒粒径对钛酸锌高温煤气脱硫剂再生行为的影响。实验结果表明，较高的反应温度和氧气体积分数，较小的颗粒粒径有利于提高脱硫剂的再生反应速率。由于二次反应的影响，脱硫剂再生过程中有硫酸盐生成，提高反应温度或降低反应气体的氧气体积分数可以减少硫酸盐的生成。利用收缩核模型对其动力学行为进行了分析，结果表明，脱硫剂的再生过程存在动力学控制步骤的转移。脱硫剂再生转化率较低（<65%）时，再生过程主要受化学反应控制；再生转化率较高（>75%）时，再生过程主要受颗粒内扩散控制。表观化学反应速率常数的指前因子为8.01×10－2 m/s，活化能为19.11 kJ/mol；有效扩散系数的指前因子为3.12×10－4 m2/s，扩散活化能为48.84 kJ/mol。     

新型Mn-Fe/Al_2O_3高温脱除H_2S的实验研究(Ⅱ)

本文首先研究了粒度dp=07mm脱硫剂的脱硫反应和再生反应性能。研究表明当Mn∶Fe=2∶1(w)、载体在1000℃焙烧后,脱硫剂有较好的脱硫反应性能,其最佳的脱硫反应温度为550℃,且在710℃、O2浓度低于1083%(v)、空速2000～3000h-1再生条件下,可完全对脱硫剂进行再生;H2S浓度影响脱硫剂的初始脱硫反应速率和穿透反应时间,但对脱硫剂的脱除率和穿透硫容影响不大。并研究了粒度dp=3mm脱硫剂的脱硫情况。实验结果表明,小颗粒脱硫剂的脱硫反应主要为化学反应控制,大颗粒脱硫剂主要为扩散控制。为此对大颗粒脱硫剂进行了工程设计,即采用活性组分非均布脱硫剂。研究表明,非均布脱硫剂明显提高了脱硫剂的平均脱硫反应速率和硫容,同均布脱硫剂相比,非均布脱硫剂再生后具有较好的脱硫稳定性能。     

高温煤气脱硫 Ⅰ．铁锌基脱硫剂脱硫工艺条件及硫化动力学

用自制的铁酸锌高温煤气脱硫剂研究了硫化氢浓度、硫化温度、空速对脱硫反应及脱硫剂物理性质的影响。结果表明：铁酸锌脱硫剂的反应活性随着Ｈ２Ｓ浓度及硫化温度的升高而升高，脱硫温度为５５０℃时，脱硫剂的硫容量最高，脱硫剂的物理性质基本保持不变；硫化空速为８５０ｈ￣（－１）时，空速和反应时间同时达到最大值。硫化反应可用未反应核收缩模型描述，得到了转化率与时间之间的动力学方程。     

氧化钙脱硫可逆反应过程的研究

在热天平和固定床装置上研究了CaO脱除H2S过程中可逆反应的变化规律。实验结果表明，脱硫过程的最佳温度为Ca(OH) 2分解温度（在二氧化碳不存在情况下）；水蒸气和H2是影响CaO脱硫可逆反应的两个重要因素，提高水蒸气体积分数无论热力学和动力学都有利于逆反应的进行，使得脱硫效率降低，提高H2体积分数可抑制逆反应进行，当H2的体积分数达到一定值时，由多个反应构成的逆反应变为单个反应，高温脱硫精度则由反应(CaO + H2S = CaS + H2O)决定。对通过CaS水蒸气反应实现CaS转化或再生也作了讨论。     

高温煤气脱硫

用自制的铁酸锌高温煤气脱硫剂研究了硫化氢浓度、硫化温度、空速对脱硫反应及脱硫剂物理性质的影响。结果表明：铁酸锌脱硫剂的反应的活性随着Ｈ２Ｓ浓度及硫化的升而而升高，脱硫温度为５５０℃时，脱硫剂的硫容量最高，脱硫剂的物理性质基本保持不变；硫化空速为８５０ｈ＾－１时，空速和反应时间同时达到最大值，硫化反应可用未反应核收缩模型描述，得到了转化率与时间之间的动力学方程     

纳米ZnO室温选择氧化H2S特性的研究

碱式碳酸锌在不同焙烧温度下制得的纳米ZnO具有六方晶系纤锌矿结构，平均粒径为15.4 nm、19.1 nm、22.9 nm和33 nm，以其为脱硫剂，对H2S室温脱硫性能进行了研究。利用XRD和XPS技术对脱硫反应前后的样品进行了表征。实验结果表明，纳米ZnO的脱硫性能随粒径的增大而降低，常温、常压下，260 ℃焙烧的纳米ZnO对H2S有高的去除率，并且H2S可选择性地被氧化为单质硫。     

SO_2气氛下半焦负载Zn/Fe/Ce高温煤气脱硫剂的再生行为研究

以共沉淀法制备了半焦负载Zn/Fe/Ce(物质的量比1.0∶2.0∶0.6)高温煤气脱硫剂,在固定床装置上研究了再生反应温度、进口SO2浓度以及再生气空速对再生性能的影响,并进行三次硫化-再生循环测试。采用XRD、SEM、BET等测试手段对脱硫剂的新鲜样、硫化样及再生样进行了表征。实验结果表明,半焦负载Zn/Fe/Ce高温煤气脱硫剂在SO2气氛下600℃就能发生再生反应,且再生后的主要产物为ZnFe2O4、CeO2和单质硫;最佳再生条件为,再生温度700℃、进口SO2体积分数为12%、再生气空速为5 000 h-1。脱硫剂经过多次硫化-再生循环后,脱硫剂仍能保持较好的硫化活性。     

SO2气氛下半焦负载Zn/Fe/Ce高温煤气脱硫剂的再生行为研究

以共沉淀法制备了半焦负载Zn/Fe/Ce（物质的量比1.0：2.0：0.6）高温煤气脱硫剂,在固定床装置上研究了再生反应温度、进口SO₂浓度以及再生气空速对再生性能的影响,并进行三次硫化-再生循环测试。采用XRD、SEM、BET等测试手段对脱硫剂的新鲜样、硫化样及再生样进行了表征。实验结果表明,半焦负载Zn/Fe/Ce高温煤气脱硫剂在SO₂气氛下600 ℃就能发生再生反应,且再生后的主要产物为ZnFe₂O₄、CeO₂和单质硫;最佳再生条件为,再生温度700 ℃、进口SO₂体积分数为12%、再生气空速为5 000 h^-1。脱硫剂经过多次硫化-再生循环后,脱硫剂仍能保持较好的硫化活性。     

粉尘对高温煤气脱硫反应的影响

研究了在400℃-550℃范围内粉尘对氧化铁高温脱硫剂的硫容和脱硫反应速度的影响。结果表明随着温度的升高,粉尘对脱硫剂的硫容和脱硫反应速度的影响增大。并利用收缩核模型计算比较了由于粉尘加入引起的H2S有效扩散系数的变化,发现有效扩散系数由于粉尘的作用,随温度升高显著降低。为脱硫除尘一体化工艺的开发提供了一定的理论依据。     

Bench-Scale Testing of Zinc Ferrite Sorbent for Hot Gas Clean-up

Advanced integrated gasification combined cycle (IGCC) power generation systems require the development of high-temperature, regenerable desulfurization sorbents, which are capable of removing hydrogen sulfide from coal gasifier gas to very low levels. In this paper, zinc ferrites prepared by co-precipitation were identified as a novel coal gas desulfurization sorbent at high temperature. Preparation of zinc ferrite and effects of binders on pore volume, strength and desulfurization efficiency of zinc ferrite desulfurizer were studied. Moreover, the behavior of zinc ferrite sorbent during desulfurization and regeneration under the temperature range of 350-400℃are investigated. Effects of binders on the pore volume, mechanical strength and desulfurization efficiency of zinc ferrite sorbents indicated that the addition of kaolinite to zinc ferrite desulfurizer seems to be superior to other binders under the experimental conditions.     

Desulfurization kinetics of ZnO sorbent loaded on semi-coke support for hot coal gas

Zn-based sorbent (Z20SC) prepared through semi-coke support in 20 wt% zinc nitrate solution by high-pressure impregnation presents an excellent desulfurization capacity in hot coal gas,in which H2 S can not be nearly detected in the outlet gas before 20 h breakthrough time.The effects of the main operational conditions and the particle size of Z20SC sorbent on its desulfurization performances sorbent were investigated in a fixed-bed reactor and the desulfurization kinetics of Z20SC sorbent removing H2 S from hot coal gas was calculated based on experimental data.Results showed that the conversion of Z20SC sorbent desulfurization reaction increased with the decrease of the particle size of the sorbent and the increases of gas volumetric flow rate,reaction temperature and H 2 S content in inlet gas.Z20SC sorbent obtained from hydrothermal synthesis by high-pressure impregnation possessed much larger surface area and pore volume than semi-coke support,and they were significantly reduced after the desulfurization reaction.The equivalent grain model was reasonably used to analyze experimental data,in which k s=4.382×10-3 exp(-8.270×103/RgT) and Dep=1.262×10-4exp(1.522×104/RgT).It suggests that the desulfurization reaction of the Z20SC sorbent is mainly controlled by the chemical reaction in the initial stage and later by the diffusion through the reacted sorbent layer.     

活性炭（焦）低温吸附催化脱除H2S的基础研究

以活性炭、活性焦作为脱硫剂,并应用BET、XPS等测试手段对其进行分析表征。结果表明,活性炭（焦）的脱硫能力与其表面酸碱性有着密切的关系,增加表面上起碱性作用的π-π^﹡键,羰基官能团（C-O和醚基官能团（C-O）的浓度,可增加其表面催化作用,特别是C-O官能团;反应温度对活性炭（焦）的脱硫性能有很大的影响,脱硫剂在150℃～180℃活性高,硫容大,副反应少;水蒸气对活性炭（焦）脱除H₂S有促进作用。     

氧化锌脱硫中氢和氧的双气氛效应及动力学研究

用热重法研究了氧化锌脱硫中氢氧的气氛效应以及氢氧共同存在下氧化锌脱硫的微观动力学行为。实验温区为200 ℃～320 ℃，氧化锌粒度为100目～120目。研究结果表明，在0%～40%的体积浓度范围内，氢可促进脱硫反应进行；氧则由于会引起氧化锌表面析硫使得脱硫过程随其浓度的变化复杂化。氢氧双气氛下，氧化锌脱硫动力学行为可用改良收缩核模型进行描述，表面反应活化能和固体扩散活化能分别为14.96 kJ/mol和46.77 kJ/mol。     

介孔TiO2的水热法制备及其光催化性能

以二钛酸钾(K2Ti2O5)经离子交换得到的无定形水合二钛酸(H2Ti2O5·xH2O)为原料, 与葡萄糖溶液在220 ℃下进行水热反应, 再在空气中520 ℃焙烧, 制备出介孔TiO2. 用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附、透射电子显微镜(TEM)等技术对样品进行了表征. 结果表明, 该介孔TiO2具有微米级棒状或针状形貌, 晶粒大小为12.3 nm, 比表面积为106 m2·g-1, 孔容为0.31 cm3·g-1, 孔径为8.06 nm, 焙烧处理后晶型仍是锐钛矿相. 水热生成的碳抑制了晶粒的团聚生长和晶型的转变, 提高了介孔TiO2的热稳定性. 甲基橙降解实验评价了介孔TiO2的光催化性能, 结果发现其活性与商用TiO2催化剂P25相当, 而其较大的粒径更容易回收再利用. 以碘化钾为探针反应, 表明介孔TiO2的光催化机制以光生空穴氧化为主.     

Impact of impregnation pressure on desulfurization performance of Zn-based sorbents supported on semi-coke

High-pressure impregnation, a new preparation method for sorbents to remove H2S from hot coal gas, is introduced in this paper. Semi-coke (SC) and ZnO is selected as the support and active component of sorbent, respectively. The sorbent preparation process includes high-pressure impregnation, filtration, ovendry and calcination. The aim of this research is to primarily study the effects of the impregnation pressure on physical properties and desulfurization ability of the sorbent. The desulfurization experiment was carried out in a fixed-bed reactor at 500°C and a simulated coal gas used in this work was composed of CO (33 vol%), H2 (39 vol%), H2S (300 ppm in volume), and N2 (balance). Experimental results show that the pore structure of the SC support can be improved effectively and ZnO active component can be uniformly dispersed on the support, with the small particle size of 10-500 nm. Sorbents prepared using high-pressure impregnation have better desulfurization capacity and their active components have higher utilization rate. P20-ZnSC sorbent, obtained by high-pressure impregnation at 20 atm, has the best desulfurization ability with a sulfur capacity of 7.54 g S/100g sorbent and a breakthrough time of 44 h. Its desulfurization precision and efficiency of removing H2S from the middle temperature gases can reach <1 ppm and >99.7%, respectively, before sorbent breakthrough.     

超细CuO/ZnO/TiO2-SiO2的表征和CO2加氢合成甲醇性能研究

用溶胶-凝胶法制备了铜、锌质量分数不同的超细Cu/ZnO/TiO2-SiO2催化剂。通过BET、TPR、XRD及FT-IR等方法对催化剂前驱体CuO/ZnO/TiO2-SiO2的物化性能进行表征。用固定床连续流动微反装置，考察催化剂CO2加氢合成甲醇的催化性能。研究结果表明，溶胶-凝胶法制备的CuO/ZnO/TiO2-SiO2催化剂比表面较大（240 m2/g～590 m2/g），孔径分布单一，晶相组成为CuO。随着铜、锌质量分数的增大，催化剂的比表面积减小，最可几孔径增大; CuO微晶结晶度增大,同时微晶尺寸逐渐增大至20 nm。催化剂具有较高的反应活性和选择性，当氧化铜、氧化锌质量分数各为25%时，在260 ℃，2 500 h－1，CO2∶H2=1∶3（mol比），2.0 MPa的反应条件下，甲醇时空收率为0.126g/(h·g)。     

金属氧化物脱硫/固硫反应动力学中的补偿效应

讨论了氧化锌中温脱硫、氧化钙高温固硫的补偿效应。实验发现，脱除硫化氢 和二氧化硫在反应过程中均先后在动力学控制区和粒子扩散控制区进行。改变非硫 气氛或添加催化组分，所得热重数据均可有效粒子模型处理。lnk_0-E_a及lnD_0- E_D呈线性关系。给出了补偿效应的理论解释。指出晶粒表面及内部缺陷等的随机 指数分布是出现该效应的主要原因。计算了两反应体系的等动力学温度。讨论了高 于和低于该温度时，反应活性与活化能不同的变化规律。并对粒子扩散化学反应性 质进行了探讨。