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微孔沸石分子筛在脱硫剂中的应用
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微孔沸石分子筛在脱硫剂中的应用

2020-03-23      阅读:
摘要:微孔分子筛由于其优越的水热稳定性,科学家们考察了不同种类的微孔沸石分子筛应用于脱硫反应。微孔材料在自然界中分布广泛,是一种常用的微孔材料,它们是具有微孔结构的结晶度很高的硅铝基材料。目前已经很早可以通过人工合成的来获取。它们具有如下特点:均一分子级别的孔径(0.3~1nm),优秀的水热稳定性,良好的选择性以及反应活性。
沸石分子筛在催化裂化反应或吸附反应等大量应用。除此以外,由于微孔分子筛具有良好的可改性特点,可以通过浸渍法或在合成过程中引入杂原子和通过离子交换等方式实现进行功能官能基团的嫁接,使得它们可以在催化裂化、吸附脱附、膜分离等领域发挥了不同的用途。
 
1天然沸石在脱硫中的应用
Yasyerli[1]曾考察了在100~600oC温度区间内天然斜发沸石的脱硫性能。实验表明,随着温度由100oC升至600oC,脱硫剂的硫容发生了大幅度的下降,由8.7g单质硫/100g脱硫剂降至3g单质硫/100g脱硫剂。通过对不同组分的斜发沸石的性能优化,其硫化温度300oC的保留硫容为6.3g单质硫/100g脱硫剂。虽然斜发沸石的硫容相对较低,但是其具有稳定的结构和高比表面积,可以保证脱硫剂的可再生的可操作性。科学家们对多孔材料的应用做了比较多的研究。
 
2合成ZSM-5在脱硫中的应用
Atlmtay等[2]采用了锰基氧化物负载在ZSM-5沸石所制备
的脱硫剂,在871oC下进行脱硫性能测试。将金属氧化物颗粒负载到沸石分子筛的添加有效地解决了纯金属氧化物制备的脱硫剂容易粉化和机械性能不好的问题,大大提高了可再生脱硫剂脱硫性能的持久性与稳定性。由于微孔材料的结构特性,被负载的金属氧化物活性颗粒分步不均匀导致了脱硫剂的活性组分利用率过低,且由于微孔孔径过小,限制了H2S分子的通过,使脱硫精度偏低。该脱硫剂脱硫精度仅能将模拟气中硫化氢的量由未处理的2000ppmv脱除降至处理后气体的200ppmv。除了对脱硫精度等的考察,他们发现采用金属氧化物包覆脱硫剂的制备方法可以有效的减少脱硫剂在应用中产生的磨损。在多次脱硫剂的硫化-再生循环活性实验中,此脱硫剂的活性性能表现保持稳定且再生多次后机械强度没有发生明显的降低。
 
3活性炭在脱硫中的应用 
活性炭具有很高的比表面积(可高达2000m2/g)和非常发达的孔隙结构,其吸附能力很强,其可以应用于脱色和过滤,吸附各种气体与蒸汽,色谱分析用色谱柱填料等,并可以用作为催化剂的载体。Qiu等[3]采用超临界浸渍法制备了氧化铜,氧化锰和氧化锌负载在活性炭上的脱硫剂。他们发现,活性组分比例,脱硫剂焙烧温度和制备脱硫剂的浸渍时间是影响脱硫活性的三大因素。以上因素会影响脱硫剂的微孔孔容容积,比表面积大小和活性组分的分布。该种脱硫剂在脱硫性能测试中表现性能不理想。
 
4赤泥在脱硫中的应用 
在脱硫高温下,由于氧化锌会发生伴生的还原以及易挥发性,研究学者们把TiO2掺杂制备了钛酸锌[4]作为脱硫剂,其脱硫精度与单纯氧化锌相差无几。但研究表明,高温环境中TiO2发生了晶型转化,破坏了有效组分的活性,导致其有效利用率的急速下降[5]。包伟仁等通过添加MgO和TiO2等制备了一系列铁基脱硫剂。在623~873K温度区间内,对分别掺杂MgO和MgO/TiO2的铁基脱硫剂的脱硫性能展开测试。结果显示,添加MgO不仅可以有效地提高脱硫精度,而且可以有效提高了硫容。他们还发现,煤气中所含的水蒸气对于MgO的脱硫剂的脱硫活性不利,奇怪的是水蒸气抑制了碳化铁的生成。通过对比实验性能测试发现,TiO2的存在不能在很高的温度区间进行脱硫,但是部分提高了脱硫剂的硫容。在673~723K温度区间内,MgO和TiO2的铁基脱硫剂的脱硫,可以实现进行H2S和COS在煤气中的深度脱除。
 
5飞灰在脱硫中的应用 
飞灰是发电厂中煤炭燃烧后的固体残留物,其成分为氧化硅和氧化铝等。由于其作为固体废物,处于环境保护的角度,可以对其实现再利用。在很高的温度下形成的飞灰的性质比较稳定。由于飞灰具有较高的比表面积和丰富的孔隙结构,王德海[6]对飞灰作为载体所制备的脱硫剂进行了一系列的脱硫性能实验考察。他们以飞灰作为铁基脱硫剂的载体,采用物理混合的方式制备了氧化铁、氧化钼、飞灰和高岭土的脱硫剂。氧化钼的添加可提高铁基脱硫剂的脱硫活性和脱硫精度。飞灰较好的机械强度能够保证了脱硫剂的再生性能不会明显下降。但是由于飞灰较小的微孔结构不利于反应气体分子的扩散与传输。
 
6结语
文章介绍了微孔材料在脱硫中的应用,由于其孔道微小,导致较大分子不容易得到传输而导致活性极低,因此寻求一种机械稳定性好和较大孔道的脱硫剂是很有必要的。 
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