【摘 要】
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焦炉煤气富含氢气,是一种优质的合成气原料。但焦炉煤气利用过程中,其含有的噻吩硫会导致催化剂永久中毒。为满足工业生产要求,需将噻吩浓度降低至ppbv级。催化加氢是使用最为广泛的脱除噻吩的方法,但该方法难以实现超深度脱除,且实验条件苛刻。反应吸附脱硫(RADS)是将加氢和吸附联合作用的脱硫方法,具有反应条件温和、对噻吩类含硫化合物的脱硫精度高等优点。研究表明,Cu O-Zn O吸附剂通过RADS过程能
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焦炉煤气富含氢气,是一种优质的合成气原料。但焦炉煤气利用过程中,其含有的噻吩硫会导致催化剂永久中毒。为满足工业生产要求,需将噻吩浓度降低至ppbv级。催化加氢是使用最为广泛的脱除噻吩的方法,但该方法难以实现超深度脱除,且实验条件苛刻。反应吸附脱硫(RADS)是将加氢和吸附联合作用的脱硫方法,具有反应条件温和、对噻吩类含硫化合物的脱硫精度高等优点。研究表明,Cu O-Zn O吸附剂通过RADS过程能够成功将焦炉煤气中噻吩浓度降低至ppbv级。在实现精度要求的基础上,制备高硫容吸附剂是焦炉煤气清洁高效利用的核心,通过优化吸附剂制备条件能够有效提高吸附剂噻吩吸附量。同时,Cu基吸附剂RADS机理的研究可为制备高效吸附剂提供理论依据和方向。因此,本文通过正交实验法和单因素变量法对吸附剂制备条件进行优化,且对Cu基吸附剂RADS机理进行探讨,得到如下主要结论:(1)通过正交实验对C-Z吸附剂制备条件进行优化,得到最佳制备条件:反应温度60 ℃、焙烧温度350 ℃、Cu/Zn摩尔比1.00和溶液浓度0.3mol/L,此条件下制得的吸附剂的噻吩穿透吸附量为20.87 mg/g。在此基础上,通过单因素实验对吸附剂制备条件进行深入筛选,得到最佳制备条件:pH值7.5、Cu/Zn摩尔比1.00和焙烧温度300 ℃,此条件下制得的吸附剂的噻吩穿透吸附量最高,为25.08 mg/g。(2)对条件优化结果进行总结,发现焙烧温度对吸附脱硫性能影响最大。焙烧温度主要对吸附剂的比表面积、孔体积、活性组分的分散性和粒径等方面产生影响。在300 ℃–550 ℃范围内,随着焙烧温度的升高,吸附剂表面金属粒子出现团聚现象,导致了大量活性组分消失,脱硫性能下降。(3)对Cu基吸附剂RADS机理进行研究,发现C-Z0吸附剂能够吸附噻吩并使其开环,产物有Cu S生成,而C-Z∞吸附剂则不具有与噻吩反应的能力,说明Cu是噻吩开环的活性中心并具有吸附S能力。在评价后的C-Z吸附剂中发现有Zn S的存在,说明Cu首先与噻吩反应生成CuS,之后S与ZnO反应生成ZnS。
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