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浸渍法制备天然气活性炭脱硫剂实验研究

2020-06-09 11:48

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  最新【精品】范文 参考文献 专业论文 浸渍法制备天然气活性炭脱硫剂实验研究 浸渍法制备天然气活性炭脱硫剂实验研究 摘 要:制备脱硫剂的方法多种多样,选择等体积浸渍法制备脱 硫剂,利用一定的溶液浸渍活性炭,可以显著改善其脱硫性能。分析 浸渍法制备天然气活性炭脱硫剂实验的具体过程和相关影响因素, 具 有现实的理论意义和实践价值。 关键词:浸渍法 天然气活性炭脱硫剂 实验 活性炭孔径分布广,比表面积大,对许多污染物都有吸附作用。 活性炭本身有催化氧化作用,在脱硫方面的应用已有几十年的历史。 活性炭类脱硫剂常用于无氧、高湿度天然气氛中脱除 H2S。传统活性 炭脱硫由于吸附和反应速率低,难达到工业脱硫要求。浸渍活性炭脱 硫克服了上述缺点,利用活性炭材料的特殊表面结构,在浸渍剂的协 同作用下通过吸附、催化氧化实现 H2S 的净化。该过程具有脱硫反应 速度快、硫容高等特点,倍受研究者青睐。 一、实验装置设计 首先根据设计的脱硫剂制备工艺和脱硫剂的配方情况, 确定了所 需制备原料和试剂。 实验中用到的主要化学药品包括活性炭、 硝酸镍、 硝酸铜、硫化氢以及羰基硫等。实验中需要的仪器和实验设备包括: 电子天平、定时电动搅拌器、电热恒温鼓风干燥箱、箱式电阻炉以及 质量流量计等。 二、天然气活性炭脱硫剂制备 首先以不同活性炭作为载体,以钠、铜、铁盐为活性组分促进剂 的前驱体,采用浸渍法制备吸附剂,选择适宜的制备方法。空白活性 炭对天然气中的含硫化合物有一定的吸附功能, 但其吸附基本上属 于物理吸附, 吸附过程极易达到平衡, 穿透硫容低,而不能实现对 含硫化合物的深度脱除。为改善脱硫效果, 需要对其进行改性。用 0.9mol/l 铜、锌、铁金属盐溶液, 等体积浸渍 24 小时,以天然气 和 H2S 为原料(其中 H2S 含量 5000mg/m3) ,在脱硫温度 20℃,压力 常压,气空速 1000h-1,吸附剂装量 20 ml,吸附剂粒度现场用量是 最新【精品】范文 参考文献 专业论文 Φ 1.25-1.5×5~10mm 和 Φ 3×5~10mm 的条件下进行实验,考察活 性炭的脱硫性能,脱硫穿透实验中,将反应器出口脱硫天然气硫含量 达到 5mg/m3 作为硫的穿透点,测量以此为基础的硫穿透能力,此时 吸附剂所用吸附时间定义穿透时间,100 克新鲜吸附剂所吸收的硫容 量定义为吸附剂的穿透硫容。 图 1 为 20℃相对湿度下,入口体积浓度为 5000mg/m3 的 H2S 在 改性活性炭上的穿透曲线。 未改性活性炭实验刚开始几个小时就被穿 透,并很快达到饱和,即不再具有脱硫能力。活性炭的催化氧化活性 很低, 硫的脱除很大程度上依赖于吸附作用。改性后活性炭穿透曲 线明显变缓, 改性剂增强了 H2S 在活性炭表面上液膜内的富集和解 离, 有效地增强了催化氧化作用。添加助剂后, 实验开始检测不到 H2S,脱硫曲线变得陡峭,脱硫效果明显改善。助剂改善了活性炭孔 内液膜分布, 降低了气体在液膜中的传质阻力。有效扩散系数增大, 穿透曲线变陡, 穿透时间延长, 穿透硫容增大。 三、各相关因素对脱硫性能影响的实验分析 1.浸渍时间 将活性炭在 0.9mol/l 铜盐溶液中等体积浸渍, 100~120℃干燥, 然后在氮气保护下 350℃下焙烧 2h。在脱硫温度 20℃,压力常压, 气空速 1000h-1,吸附剂装量 20ml,吸附剂粒度为 Φ 3×5~10mm 的 条件下进行实验,考察了上述改性活性炭的脱硫性能,脱硫穿透实验 中,将反应器出口脱硫天然气硫含量达到 5mg/m3 作为硫的穿透点, 测量以此为基础的硫穿透能力, 此时吸附剂所用吸附时间定义穿透时 间,100 克新鲜吸附剂所吸收的硫容量定义为吸附剂的穿透硫容。随 着浸渍时间的延长,脱硫剂的穿透时间增加,当浸渍时间大于 12 小 时后,脱硫剂的穿透时间基体不变,穿透时间均在 21 小时以上, 效 果明显。 其中浸渍时间为 12 和 24 小时, 脱硫剂的穿透时间相差不大, 所以选择脱硫剂的浸渍时间为 12 小时。 2.焙烧时间 焙烧是制备脱硫剂过程中重要的一步, 焙烧法活化脱硫剂的目的 在于使载体中的活性组分促进剂分解,得到具有一定孔结构、比表面 积和压碎强度的脱硫剂前驱体,使脱硫剂具有催化活性,保持结构的 最新【精品】范文 参考文献 专业论文 稳定性。焙烧过程中在吸附剂内部形成大量的微孔,不同的焙烧的条 件对反应吸附剂的性能影响很大,焙烧条件能够改变促进剂。当在活 性炭上负载 5.0%的铜金属,焙烧温度为 350℃时,百家乐网址。考察焙烧时间对穿 透时间的影响。与活性组分含量和焙烧温度相比较,焙烧时间对穿透 时间的影响较小。当焙烧时间 1.0 h 和 2.0 h 时, 其穿透时间分别 为 21.90 小时和 22.7 小时,焙烧时间 5.0 小时, 穿透时间为 19.8 小时,随着焙烧时间的延长, 穿透时间略有下降。焙烧时间长而吸 附性能下降的原因可能为活性炭的吸附孔穴在过长的焙烧时间下发 生坍塌,使其孔容减小,从而影响了其吸附脱硫性能。 3.焙烧温度 在焙烧过程中会发生许多化学变化, 如温度升高会促进分解反应 的进行,热分解后在吸附剂上留下许多孔隙,使比表面增加,但温度 的提高又会引起脱硫剂的烧结现象,使比表面降低;在焙烧过程中随 温度的升高和时间的延长,脱硫剂颗粒的粒径会减小,从而孔隙结构 也会发生变化。温度过低,脱硫剂中的活性组分转化不完全;温度过 高又会引起脱硫剂的烧结。因此,必须严格控制焙烧温度和时间,才 能获得良好的与吸附剂性能密切相关的物相、晶粒度、孔结构和比表 面等。当焙烧温度为 300℃、350℃和 400℃时, 其穿透时间分别为 19.9 小时, 22.7 小时和 18.1 小时,由此说明焙烧温度不宜太高, 否则穿透时间反而降低。可能因为在 350℃负载在活性炭上铜金属盐 已完全分解,当温度进一步升高,发生部分聚集,不利于天然气中硫 化物的脱除。 四、结语 综上所诉,当含硫气体经过活性炭床层时,气体中的硫化物先扩 散后被吸附在活性炭表面,经表面催化作用,加速硫化物与工艺气中 微量氧的反应,生成单体硫和其它化合物。以活性炭为载体,采用浸 渍法制备了天然气脱硫脱硫剂,能够取得理想的实验效果。通过浸渍 可以改善活性炭的孔径分布和表面化学环境,增大硫容量,提高催化 性能和转化效率。 在活性炭中添加适当改性剂或活性剂后或者采用某 种改性技术处理活性炭, 可显著增强其吸附和催化活性, 将物理吸附、 化学吸附和催化反应有机地结合在一起,脱硫效率大大提高。 最新【精品】范文 参考文献 专业论文 参考文献 [1]李芬.低温脱硫剂的研究进展[J].化工进展,2007(04). [2]樊辉.再生条件对载铜活性炭脱硫剂脱硫性能的影响[J].齐 鲁石油化工,2011(03). [3]胡云霞.石油天然气脱硫剂的研究[J].精细石油化工,2003 (06). ------------最新【精品】范文