氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑再生中的元素遷移規(guī)律研究.pdf

1、高溫煤氣氧化鐵脫硫劑的再生反應(yīng)是一個典型的氣固相非催化反應(yīng)，脫硫劑的再生反應(yīng)是一個氧原子置換脫硫劑中的硫原子過程。再生過程中硫氧元素的遷移對氧化鐵高溫煤氣脫硫劑的物理化學(xué)性質(zhì)、再生行為以及單質(zhì)硫回收率有直接關(guān)系，但至今缺乏一個清新的認(rèn)識。因此研究高溫煤氣氧化鐵基脫硫劑再生過程中脫硫劑內(nèi)部氧、硫元素遷移規(guī)律，反映出再生條件對脫硫劑晶相的影響以及單質(zhì)硫的生成途徑，將能深層次揭示高溫煤氣脫硫劑再生機(jī)理，對于高溫煤氣脫硫劑的研發(fā)具有重要意義。<

2、br>　　本論文依照國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(NO.21276172)“SO2-O2協(xié)同作用下高溫煤氣脫硫劑的再生行為”，選用自制的氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑，在固定床反應(yīng)器上研究了單顆粒氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑再生過程中的元素遷移規(guī)律。重點(diǎn)選用XPS、SEM、EDS和XRD等表征手段分別研究了含氧氣氛SO2氣氛和SO2-O2混合氣氛下柱狀顆粒氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑再生中的S、O元素分布規(guī)律和脫硫劑的截面形貌以及脫硫劑的晶相組成。主要得出了以

3、下結(jié)論:
　　①在含氧氣氛下的氧硫元素遷移規(guī)律是，氧氣首先在脫硫劑的外面和脫硫劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)主要生成Fe2O3，并且伴有少量硫酸鹽的生成。隨后再生氣體通過孔逐漸的往脫硫劑內(nèi)部擴(kuò)散，并且在一定的厚度上發(fā)生氧硫交換，在氧硫交換的區(qū)域外部是氧硫交換完全區(qū)，內(nèi)部是未發(fā)生氧硫交換的區(qū)域，隨著再生時間的推移整個脫硫劑依據(jù)此規(guī)律氧硫交換完全。
　　②在二氧化硫氣氛下氧硫元素交換規(guī)律是，SO2首先在脫硫劑的外表面很薄的一層和脫硫劑發(fā)生氧硫元

4、素交換主要生成Fe3O4，并且伴有少量硫酸鹽的生成，隨后再生氣體繼續(xù)往里擴(kuò)散繼續(xù)在很薄的內(nèi)部和硫化物氧硫交換生成四氧化三鐵。由于目前幾乎所有文獻(xiàn)都指出在SO2氣氛下由四氧化三鐵到三氧化二鐵的轉(zhuǎn)化十分緩慢，因此在發(fā)生氧硫元素交換的區(qū)域外部很寬的一個區(qū)域發(fā)生“鐵氧交換”這種鐵氧交換并不是真正的元素交換而是四氧化三鐵在SO2氣氛下轉(zhuǎn)化成三氧化二鐵的過程。隨著再生時間的推移脫硫劑發(fā)生氧硫元素交換完畢，最外部最終會有一層完全是三氧化二鐵內(nèi)部整個區(qū)

5、域是“鐵氧交換”最后整個顆?！拌F氧交換”完畢產(chǎn)物全部是氧化鐵。
　　③在SO2-O2混合氣氛下，再生氣體首先在脫硫劑的外表面和脫硫劑發(fā)生氧硫元素交換主要生成Fe3O4和Fe2O3，并且伴有硫酸鹽的生成，但是生成的Fe3O4馬上會和O2發(fā)生“鐵氧交換”生成氧化鐵，所以在脫硫劑的最外部是一層氧化鐵。隨后再生氣體通過孔逐漸的往脫硫劑內(nèi)部擴(kuò)散，并且在一定的厚度上發(fā)生氧硫交換并且伴隨有“鐵氧交換”內(nèi)部是未發(fā)生氧硫交換的區(qū)域，隨著再生時間的推

6、移整個脫硫劑依據(jù)此規(guī)律氧硫交換完全。
　?、茉谶@三種氣氛下鐵原子的XPS結(jié)果和EDS不同，這可能的原因是分析技術(shù)的不同EDS相對于XPS更似于體相分析技術(shù)，而XPS相當(dāng)于是對于單個晶粒而言的表面，理論上可能的原因是①在外部再生區(qū)域晶粒中的鐵原子由于為二價鐵具有被氧化的趨勢所以往外遷移，②另一個可能原因是相對于氧離子和硫離子，二價鐵離子的半徑較小在晶粒中更容易移動。
　?、萦捎诋a(chǎn)物層和未反應(yīng)層中物質(zhì)密度的不同使兩層之間存在一個