论文部分内容阅读
依据当今中国的能源需求,在接下来的相当长的时期内,煤炭在国民经济中的地位仍然是不可取代的。为了满足人类需求,IGCC煤气发电技术应运而生。其中粗合成煤气中的H2S不仅对汽轮机等设备造成腐蚀而且会引起催化剂中毒,故对其的脱除意义重大。纳米铁酸锌因其具有高硫容和高脱硫精度成为一种广受欢迎的复合金属氧化物脱硫剂。本实验以草酸铁和草酸锌的混合物为铁酸锌前驱体,并添加红土助剂,通过机械球磨法使其均匀混合,然后微波焙烧制备铁酸锌脱硫剂。采用单因素法考察了活性组分含量、焙烧温度、焙烧时间和球磨时间对脱硫剂物相结构和硫容的影响,得出影响脱硫剂制备的主要因素。在此基础上,用响应面法对实验结果进一步优化,获取最佳制备脱硫剂的工艺参数。通过常规和微波两种加热方式,使用X-射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),能谱定量分析(EDS)、氮吸附、X-射线光电子能谱(XPS)等表征手段分别对脱硫剂物相组成、表面形貌、物性参数和表面元素价态和组成进行表征分析,得出如下结论:(1)单因素法得出的最佳的制备参数为:铁酸锌活性组分含量为30%,微波焙烧温度为500℃,焙烧时间为60min。此条件下脱硫剂硫容达到最大为8.5%。(2)在单因素试验的基础上,采用响应面法对实验结果进一步优化,结果表明实际硫容的最大预测值为8.98%。此时铁酸锌活性组分含量30%,微波焙烧温度为505℃,焙烧时间为65min。(3)对微波和常规两种焙烧方式制备的脱硫剂新鲜样进行脱硫性能测试,结果发现微波和常规制备的脱硫剂硫容分别为8.5%和7.3%,前者的硫容比后者大14%;通过测试两者的机械强度可知,前者的机械强度为58N/cm,后者的仅为45N/cm。综合来看,微波焙烧制备的脱硫剂比传统法更有优势。(4)对微波和常规制备样品进行XRD、SEM、EDS、XPS和氮吸附分析得出微波制备的铁酸锌特征峰峰型尖锐,半峰宽更窄。说明微波对极性物料的快速均匀性加热和非热效应促进铁酸锌晶粒的生成;SEM数据分析表明与常规脱硫剂相比,微波制备的脱硫剂的颗粒尺寸较小,大小均一,分散性更好;XPS数据分析表明微波焙烧所得新鲜样中Fe2p3/2、Zn2p3/2和O1s的结合能更低,有利于对H2S的吸附。微波焙烧制备的脱硫剂表面的Fe、Zn和O元素含量高于常规法制备的脱硫剂表面元素含量,说明微波促进内部元素向表面迁移,有利于硫化反应的进行,这与EDS分析结果一致;氮吸附数据分析表明微波制备的脱硫剂孔主要集中在5nm;常规制备的脱硫剂孔主要集中在4nm,说明两种被烧方式制备的脱硫剂属于介孔材料,且微波制备的脱硫剂的孔较大。