本文關鍵詞：高硫石油焦硫形態(tài)轉化及脫汞特性研究

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【摘要】：活性炭噴射脫汞(ACI)是目前最具商業(yè)化應用前景的燃煤煙氣脫汞技術之一。但其運行成本較高,限制了其大規(guī)模工業(yè)應用,因此尋求高效廉價可替代吸附劑成為國內外研究的熱點。高硫石油焦作為延遲焦化裝置的工業(yè)副產品,原料豐富價格低廉,且碳含量高,硫含量高,灰含量少,是生產活性炭的優(yōu)質原料。鑒于高硫石油焦自身硫含量與一般商業(yè)載硫活性炭相當,本文提出利用高硫石油焦制備富硫脫汞吸附劑,以期研制出價廉高效的脫汞吸附劑。首先,采用熱重-紅外聯(lián)用(TG-FTIR)對高硫石油焦的熱解及活化過程中氣體產物的釋放特性進行了分析。結果表明,高硫石油焦熱解經歷了干燥脫水,長鏈脂肪烴、稠環(huán)芳香烴等組分熱分解等階段,釋放出C02、CH4、SO2、水蒸氣、芳烴化合物和脂肪族化合物等氣體組分,且不同溫度區(qū)間發(fā)生熱分解的組分不同,所釋放的氣體組成存在巨大差異。高硫石油焦活化過程的氣體釋放主要集中在活化初期的水蒸氣釋放與活化后期的C02, CO快速生成與釋放。初始階段石油焦熱失重速率整體上先增大后減小,并分別在120℃、184℃及370℃形成失重峰�；罨衅跓崾е厮俾史浅Ｐ�,當溫度達到600℃后,活化反應劇烈發(fā)生,高硫石油焦熱失重速率快速上升。其次,以高硫石油焦為原料,在管式爐實驗裝置上制備熱解高硫石油焦、活化高硫石油焦以及載硫活化高硫石油焦脫汞吸附劑。采用N2吸附/脫附、元素分析、X射線光電子能譜分析(XPS)、熱重-質譜聯(lián)用分析(TG-MS)等技術對吸附劑的比表面積、孔隙結構以及表面硫形態(tài)等定性定量分析。結果表明,活化高硫石油焦的孔結構參數(shù)受堿焦比和活化溫度等因素影響,當堿焦比為1：1、活化溫度為750℃時所得活化高硫石油焦孔結構參數(shù)最優(yōu)。經KOH活化后,石油焦表面硫含量有所下降。載硫活化高硫石油焦的比表面積隨載硫溫度的升高而升高,但由于高溫下長鏈硫斷裂為短鏈硫,硫分子逃逸速度加快,其表面含硫量隨載硫溫度的升高而降低。高硫石油焦中硫的分布不均勻,其表面硫形態(tài)隨熱解溫度升高發(fā)生相互轉化,主要表現(xiàn)為低溫下硫化物向熱穩(wěn)定性更高的噻吩轉化及高溫下噻吩的熱分解。活化劑KOH能將石油焦中的噻吩、亞砜和砜等有機硫有效轉化為K2S,并進一步被氧化成為硫酸鹽,因此活化高硫石油焦表面的硫主要以硫酸鹽的形態(tài)存在。熱改性載硫活化高硫石油焦表面的硫則主要以元素硫和硫酸鹽兩種形態(tài)存在,其中元素硫種類有短鏈硫S2、S6和長鏈硫S7、S8等。隨載硫溫度的升高,元素硫傾向于以短鏈硫的形式存在,元素硫含量逐漸降低,而硫酸鹽逐漸升高。最后,在固定床實驗裝置上進行高硫石油焦吸附劑汞吸附實驗研究。結果表明,原始高硫石油焦石墨化程度高,且表面以有機硫噻吩為主,脫汞性能較差,經高溫熱解后由于揮發(fā)份的析出,孔隙結構初步形成而有所改善�；罨吡蚴徒姑摴絼┢浔砻媪蛐螒B(tài)主要為硫酸鹽態(tài),與汞的相互作用微弱,但由于其發(fā)達的孔隙結構,其汞吸附特性較熱解高硫石油焦吸附劑大幅提升,其中750℃活化制備的活化高硫石油焦脫汞性能最優(yōu)。鑒于其對Hg0要是由范德華力引起的物理吸附作用,隨吸附溫度升高,范德華力逐漸減小,脫汞性能下降。經元素硫熱改性后,載硫活化高硫石油焦表現(xiàn)出高效的汞吸附性能,其脫汞性能主要受比表面積、表面硫含量及表面硫形態(tài)分布三者的共同影響。表面硫形態(tài)中,元素硫、硫化物和噻吩等可促進汞的吸附,而亞砜和硫酸鹽等對汞的吸附作用不強。由于S對Hg0化學吸附是放熱過程,其脫汞性能隨吸附溫度升高大幅度下降。
【關鍵詞】：高硫石油焦 熱解活化 載硫 硫形態(tài) 脫汞
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X773;TQ424
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 課題研究背景11-13
• 1.1.1 燃煤大氣汞污染現(xiàn)狀11-12
• 1.1.2 高硫石油焦利用現(xiàn)狀12-13
• 1.2 燃煤汞污染控制技術研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 洗選煤技術13
• 1.2.2 煤中添加劑技術13
• 1.2.3 現(xiàn)有污染物控制設備技術13-14
• 1.2.4 固體吸附劑噴射脫汞技術14-17
• 1.3 高硫石油焦利用技術研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3.1 高硫石油焦的熱處理17-18
• 1.3.2 高硫石油焦的活化處理18-19
• 1.4 本文研究內容19
• 1.5 本章小結19-20
• 第二章 實驗裝置與方法20-28
• 2.1 實驗裝置20-23
• 2.1.1 管式爐實驗裝置20-21
• 2.1.2 固定床汞吸附實驗裝置21-23
• 2.2 測試表征儀器23-27
• 2.2.1 VM3000在線測汞儀23-24
• 2.2.2 熱重-紅外聯(lián)用分析儀24-25
• 2.2.3 元素分析儀25
• 2.2.4 比表面積及孔隙度分析儀25
• 2.2.5 X射線光電子能譜分析儀25-26
• 2.2.6 熱重-質譜聯(lián)用分析儀26-27
• 2.3 本章小結27-28
• 第三章 高硫石油焦的熱解及活化特性研究28-36
• 3.1 引言28
• 3.2 高硫石油焦實驗原料28
• 3.3 高硫石油焦的熱解特性研究28-31
• 3.3.1 TG-DTG分析28-29
• 3.3.2 氣體產物FTIR分析29-31
• 3.4 高硫石油焦的活化特性研究31-34
• 3.4.1 TG-DTG分析31-32
• 3.4.2 氣體產物FTIR分析32-34
• 3.5 本章小結34-36
• 第四章 高硫石油焦脫汞吸附劑的孔隙結構參數(shù)及硫形態(tài)研究36-48
• 4.1 引言36
• 4.2 高硫石油焦脫汞吸附劑的孔隙結構參數(shù)與含硫量分析36-40
• 4.2.1 活化處理對高硫石油焦吸附劑孔隙結構及硫含量的影響36-38
• 4.2.2 載硫過程對高硫石油焦吸附劑孔隙結構及硫含量的影響38-40
• 4.3 高硫石油焦脫汞吸附劑表面硫形態(tài)分析40-46
• 4.3.1 原始高硫石油焦XPS分析40-41
• 4.3.2 熱解高硫石油焦XPS分析41-43
• 4.3.3 活化高硫石油焦XPS分析43-44
• 4.3.4 載硫活化高硫石油焦XPS分析44-45
• 4.3.5 載硫活化高硫石油焦TG-MS分析45-46
• 4.4 本章小結46-48
• 第五章 高硫石油焦吸附劑的固定床脫汞特性研究48-59
• 5.1 引言48
• 5.2 吸附劑脫汞性能評價指標48-49
• 5.3 原始高硫石油焦的脫汞特性研究49-50
• 5.4 熱解高硫石油焦的脫汞特性研究50-51
• 5.5 活化高硫石油焦的脫汞特性研究51-52
• 5.5.1 活化溫度的影響51-52
• 5.5.2 吸附溫度的影響52
• 5.6 載硫活化高硫石油焦的脫汞特性研究52-57
• 5.6.1 硫焦比的影響52-53
• 5.6.2 載硫溫度的影響53-54
• 5.6.3 硫形態(tài)的影響54-56
• 5.6.4 吸附溫度的影響56-57
• 5.7 本章小結57-59
• 第六章 總結及展望59-62
• 6.1 全文總結59-61
• 6.1.1 高硫石油焦的熱解及活化特性研究59-60
• 6.1.2 高硫石油焦脫汞吸附劑的制備及硫形態(tài)轉化研究60
• 6.1.3 高硫石油焦脫汞吸附劑的固定床脫汞特性研究60-61
• 6.2 展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-70
• 作者簡介,攻讀碩士期間的學術成果70-71

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