氧化锌脱硫剂的再生与性能研究

中 国 矿 业 大 学本科生毕业论文姓 名： 梁朋 学 号： 21060633 学 院： 专 业： 化 学 工 程 与 工 艺 设计题目： 氧化锌脱硫剂的再生与性能研究 指导教师： 梁朋 职 称： 教授 2010 年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用技术学院 专业年级 化学工程与工艺 06 学生姓名 万邓仓 任 务 下 达 日 期 ： 2010 年 3月 1日毕业设计日期： 2010年 3月 1日至 2010年 6月 15日毕业设计题目：氧化锌脱硫剂的再生与性能研究毕业论文主要内容和要求：(1)查阅资料，撰写文献综述，拟定试验方案；(2)分析归纳实验数据，撰写研究论文；(3)翻译一篇英文资料；(4)论文格式要求符合中国矿业大学论文撰写规范。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字：年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字：年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况回 答 问 题提 出 问 题 正 确基 本正 确有 一般 性错 误有 原则 性错 误没 有回 答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要煤中的硫在热解和气化中产生 H2S、COS 、CS 2等有害有毒气体。不仅腐蚀设备，而且能使后续工段的催化剂中毒，严重的污染环境和危害人体健康。煤气净化尤其是中高温脱硫剂的研究已成为洁净煤技术的一个重要环节。锌基脱硫剂不仅要具有良好的脱硫能力，还要易于再生。锌基脱硫剂的再生性能较差，低温再生时候易形成 ZnSO4，高温下再生氧化锌脱硫剂其比表面积降低，当温度高于600时，单质锌会挥发，导致锌脱硫剂大量损失，在其中添加一些其他金属，能很大的提高脱硫过程的稳定性和再生性能。本论文研究氧化锌脱硫剂的再生，通过试验找出最佳的再生条件。程序升温氧化，初步探索反应温度等对氧化锌脱硫再生的影响；在探索研究的基础上，应用正交试验研究方法寻找再生最佳条件；再生后的脱硫剂进行重复脱硫实验，得出合适的再生条件。结果表明，氧化锌脱硫剂在 650，4h，水气摩尔比为 5:1 的再生环境下再生效果最好。关键词：氧化锌；程序升温控制；再生；硫化ABSTRACTThe sulfur in coal produec H2S 、COS 、CS 2 and other harmful toxic gases, It not only corrode equipment, and make catalyst in the follow-up section poisoning,which can contaminate the environment and endanger human health. Gas purification, especially in the study of high temperature desulfurization has become an important part of clean coal thchnology.Zicn-based desulfurization agent not only has good desulfurization ability,but also easily recycled. Zinc-based sorbent has poor regeneration performance, low temperatuare regeneration is easy to form ZnSO4, high temparature regeneration can reduce its renewable surface area. When the temperature is higher than 600, zinc will volatilize, resulting in significant loss of zinc desulfurization agent. Add some other metals can greatly improve the stability and regeneration performance of desulphurization process.The study is about regeneration of zinc oxide sorbent, through experiment to find the best conditions. TPO, preliminary explored the temperature and other factors affecting desulfurization and regeneration of zinc oxide. Base the research , better conditon of regeneration through orthogonal test. Desulfurizer after Regeneration can get the suitable regeneration conditions through repeated desulphurization experiment. The results showed that: zinc oxide desulfurization agent in 650,4 h, water and gas molar ratio of 5:1 have the best regeneration effect.Keywords：zinc oxide；TPO；Regeneration；Sulfidation目 录1 文献综述 .11.1课题背景 .11.2国内外煤气脱硫技术的概括 .21.2.1湿法脱硫 .31.2.2干法脱硫 .51.2.3高温脱硫 .61.2.4微生物分解脱硫法 .71.2.5电化学脱硫法 .71.2.6臭氧氧化法 .81.3目前锌基脱硫剂研究现状 .81.3.1氧化锌脱硫剂 .91.3.2铁酸锌脱硫剂 .101.3.3钛酸锌脱硫剂 .112 实验仪器、药品 .132.1实验仪器 .132.2实验药品 .133 实验方案 .164 TPO测试与分析评价 .184.1TPO装置图及原理 .184.1.1TPO装置图 .184.1.2TPO原理 .184.2TPO操作步骤及注意事项 .194.2.1TPO操作步骤 .194.2.2TPO操作注意事项 .194.3探索过程及结果分析评价 .205 正交实验设计与分析 .215.1正交实验设计 .215.2正交实验装置图及步骤说明 .225.2.1装置图 .225.2.2实验步骤说明 .225.3硫容测定 .235.3.1原理 .235.3.2仪器和药品 .235.3.3实验操作 .255.3.4正交实验结果评价公式 .265.4正交实验结果及数据分析 .265.4.1硫含量测定 .265.4.2数据分析 .276 再生 后吸硫 .296.1挑选具有代表性的样品 .296.2吸收装置图及操作说明 .296.2.1 装置图 .296.2.2 操作步骤说明 .296.3硫化后硫容的测定及结果分析 .306.3.1硫容测定 .306.3.2结果分析 .307 结 论 .31参考文献 .32英文原文 .34中文译文 .41致 谢 .49中国矿业大学 2010 届本科生毕业论文 第 1 页1 文献综述 1.1 课题背景煤炭是世界上储量最丰富的化石燃料资源，世界化石能源资源已探明储量大约为9842 亿吨、石油约为 1434 亿吨、天然气约为 14.640 万亿立方米。如果没有新能源的补充，石油和天然气将在几十年内近于枯竭，而煤炭则可供使用 169 年。在未来的世纪里，煤炭仍将占极其重要的地位。到目前为止，我国是世界上煤炭最大生产国和消费国，也是世界上以煤为主的少数国家之一。我国煤炭消费量约占世界煤炭消费总量的 1/4。在我国一次能源消费总量中，煤炭约占 3/4 左右，我国煤炭利用的主要问题是耗量大而其效率低和严重的环境污染问题。其中很大一部分煤的是用来燃烧发电，煤炭消费量中约 4/5 的煤炭用于燃烧掉了，平均燃烧热效率却只有 28%；其中发电用的煤占燃煤的 53%，供电平均能耗的发电效率却只有 29.7%。所以煤炭的合理利用提高其利用效率仍是我国现阶段一大重点。为了提高煤炭的燃烧发电效率，为此提出了整体煤气化联合循环发电（IGCC）技术。它是二十一世纪最先进的煤炭发电技术之一。是一项高效、清洁的发电技术。整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术，由于潜在的对环境友好性、经济性、高效性以及可持续发展性，在全世界范围内都被广泛的重视。在 20 世纪，全球已建成 4 座 IGCC 示范电厂并投入了运行，但依然采用常规湿法脱硫技术，导致其效率不是很高，如果引进高温煤气净化系统，可以提高发电效率 0.5%1.5%。在对煤气高温脱硫剂的研发上，国内外大量的研究者做了大量的工作，为了尽可能使煤气保持较高的热效率，煤气须在高温（约550以上）下进行脱硫。 因此， 高温煤气脱硫是该技术的关键。高温煤气脱硫技术的发展主要集中在固体金属氧化物脱硫剂的研制上，脱硫剂不仅要具有良好的脱硫能力，还要易于再生。其中锌基脱硫剂和铁基脱硫剂，由于它们具有优越的反应性能而倍受人们关注，而且已经投入商业运行。锌基脱硫剂主要用于煤气的高温脱硫，铁基脱硫剂主要用于煤气的中温脱硫。尽管有些高温煤气脱硫剂已经在美国和日本进入工业试验，但是，高温煤气脱硫剂的发展还集中在如何提高脱硫剂硫容和抗磨损等反应性能上，向脱硫剂中添加黏结剂是改善其孔隙结构的有效措施，有利于提高高温脱硫剂的脱硫性能。目前，国外高温煤气脱硫剂主要有铁酸锌（Fe 2O3ZnO）和钛酸锌（ZnOTiO 2） ；但温度过高（约 650以上）会造成组分锌的挥发。尽管钛酸锌使用温度比铁酸锌的高 90，但其硫容会因惰性组分钛的加入而降低。在煤气高温脱硫上，太原理工大学煤化所提出采用粗脱硫和精脱硫相结合的方法，这种结合方法脱硫具有很好的脱硫效果。由于氧化锌基脱硫剂其脱硫活性好、精度高。在我国化学工业中通常普遍采用氧化锌作为脱硫剂，固体氧化锌脱硫剂与 H2S 发生化学反应生成 ZnS， 使气态硫固化， 降低了 H2S 的毒性。脱硫过后绝大部分的氧化锌已转换为硫化锌而失去活性。为降