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煤气中羰基硫的加氢催化转化研究

作 者: 高成强
导 师: 赵宗彬
学 校: 大连理工大学
专 业: 化学工艺
关键词: 羰基硫脱除 加氢催化转化 硫化钼 反应气氛
分类号: TQ546.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


整体煤气化联合发电(IGCC)技术由于高效率、低污染等特点成为当前最有前景的洁净燃煤发电技术之一,其中煤气脱硫净化是关键环节。煤气中含有的无机硫通过金属氧化物可以实现精脱除,而有机硫(主要是COS)脱除相对比较困难。加氢转化法脱除有机硫精度高、操作简单,设备投资低,而且可以直接利用煤气中的H2而无需外加气源,是加氢脱除煤气中COS的有效手段。过渡金属硫化物(如Ni、Co、Mo等)是传统的加氢脱硫催化剂,载体多用γ-Al2O3,但是γ-Al2O3与金属氧化物间作用力强,易形成Al-O-Mo相,使预硫化不完全,从而降低COS催化转化率,以硫化态前驱体制备催化剂可以克服以上缺陷。由于气化煤种的多样性以及气化工艺条件的不同,煤气化产物的组成也会发生相应的变化;目前在催化转化脱除COS时,煤气气氛组成对脱除COS的影响报道较少。为了开发适用于不同煤气组成的有机硫加氢脱除技术,有必要研究煤气组成对于COS加氢转化的影响。本文从三方面展开:(1)利用成本低廉的椰壳基活性炭做载体,可溶性金属盐类为催化剂前驱体,采用等体积浸渍法制备了单组分、双组分过渡金属硫化物催化剂,并应用于煤气中COS的加氢催化转化研究,主要解决COS加氢转化催化剂活性组分的筛选问题。(2)选择具有加氢脱硫活性较高的MoS2作催化剂,考察了不同载体担载的催化剂对煤气中COS加氢转化的影响,掌握催化剂载体性质与加氢转化脱除COS之间的关系。(3)利用暂态响应分析技术研究了MoS2/Al2O3催化体系下煤气气氛组成对羰基硫(COS)加氢催化转化生成硫化氢(H2S)的影响。进一步掌握煤气中COS与H2S相互转化的条件。研究结果表明,MoS2具有较高的加氢转化有机硫的催化活性,掺杂助剂能够促进Mo在活性炭载体表面的分散,并使复合基催化剂生成更多的活性中心;实验所选条件下,活性炭作为载体担载的Mo基催化剂对COS具有很高的转化率,金属氧化物次之,分子筛稍差;煤气中高浓度CO和H2S的存在不利于加氢催化产物中COS浓度的降低,催化剂MoS2易与CO反应生成COS;温度低于250℃,CO与H2S易于在MoS2催化下生成COS;高于250℃,CO和H2S对COS加氢转化的不利影响相对较弱;煤气中的H2易与MoS2反应得到MoS2-x,后者可能是COS加氢催化的主要活性组分。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
1 文献综述  11-30
  1.1 IGCC技术介绍和煤气脱硫的必要性  11-12
  1.2 煤气脱硫技术  12-13
  1.3 H_2S的脱除  13-15
    1.3.1 高温煤气脱硫技术及脱硫剂选择原则  13
    1.3.2 高温煤气脱硫剂  13-15
  1.4 COS的脱除  15-29
    1.4.1 水解转化法脱除COS  15-19
    1.4.2 加氢转化法脱除COS  19-24
    1.4.3 载体效应对加氢脱硫的影响  24-28
    1.4.4 煤气气氛组成对催化转化COS的影响  28-29
  1.5 论文选题意义  29-30
2 实验部分  30-34
  2.1 实验材料及设备仪器  30-31
    2.1.1 实验材料  30
    2.1.2 实验设备  30-31
    2.1.3 分析仪器  31
  2.2 样品的制备  31-32
  2.3 样品表征  32-33
    2.3.1 X射线衍射(XRD)  32
    2.3.2 热重分析  32
    2.3.3 比表面积、孔分布测定  32-33
    2.3.4 气相色谱分析  33
  2.4 样品的加氢催化转化活性评价  33-34
    2.4.1 COS加氢催化转化实验装置  33-34
3 负载型过渡金属硫化物催化转化COS的研究  34-45
  3.1 引言  34
  3.2 负载型单组份过渡金属硫化物催化转化COS的研究  34-37
    3.2.1 活性炭负载单组份催化剂的制备  34-36
    3.2.2 催化剂的表征手段  36-37
  3.3 实验结果与讨论  37-40
    3.3.1 前躯体(NH_4)_2MoS_4的XRD谱图  37
    3.3.2 前躯体(NH_4)_2MoS_4的热失重分析  37-38
    3.3.3 活性炭负载单组份催化剂的XRD谱图  38-39
    3.3.4 活性炭负载单组份催化剂的活性考察  39-40
  3.4 负载型双组份催化剂催化转化COS的研究  40-44
    3.4.1 活性炭负载双组分催化剂的制备  40
    3.4.2 活性炭负载双组份催化剂的XRD谱图  40-41
    3.4.3 活性炭负载双组份催化剂的活性考察  41-44
  3.5 本章小结  44-45
4 载体对负载型催化剂催化转化COS活性的影响  45-51
  4.1 引言  45
  4.2 不同载体负载MoS_2催化剂的制备  45-46
  4.3 不同载体负载MoS_2催化剂的表征  46-49
    4.3.1 XRD表征  46-47
    4.3.2 低温氮吸附-脱附等温线  47-48
    4.3.3 比表面积和孔体积  48-49
  4.4 不同载体负载MoS_2催化剂的活性考察  49
  4.5 本章小结  49-51
5 煤气气氛组成对COS催化转化的影响  51-59
  5.1 引言  51
  5.2 煤气中CO对COS催化转化的影响  51-54
    5.2.1 CO存在对COS催化转化的影响  51-52
    5.2.2 CO浓度对COS催化转化的影响  52-54
  5.3 煤气中H_2对COS催化转化的影响  54-55
  5.4 煤气中H_2S对COS催化转化的影响  55-58
    5.4.1 H_2S存在对COS催化转化的影响  55-56
    5.4.2 H_2S浓度对COS催化转化的影响  56-57
    5.4.3 不同温度下H_2S对COS催化转化的影响  57-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-67
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  67-68
致谢  68-69

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 煤炭气化工业 > 气化工艺 > 煤气净制
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