雙金屬(PD-M)吸附劑脫除中溫模擬煤氣中單質(zhì)汞的研究.pdf

1、氣化是煤清潔轉(zhuǎn)化的源頭技術(shù)，熱解是其中的必經(jīng)步驟，該過(guò)程中釋放的單質(zhì)汞的量因氣相產(chǎn)物處于還原性氛圍而高于煤燃燒過(guò)程，單質(zhì)汞相對(duì)于其它形態(tài)汞的毒性更強(qiáng)、脫除更難，因此在對(duì)氣體脫硫凈化的同時(shí)進(jìn)行高效的煤氣脫汞具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。具有煤氣脫汞、脫硫能力的過(guò)渡金屬氧化物(FeOx、MnOx、CuOx、ZnOx和CeOx)吸附劑存在高溫脫汞效率較低的問(wèn)題，貴金屬鈀(Pd)在中溫時(shí)有較好的脫汞效果，但是易被煤氣中的H2S毒化。如能保留單金屬各自特性

2、，制備既可緩解H2S的毒化作用，還可提高中溫脫汞效率的雙金屬吸附劑，將會(huì)有很好的潛在優(yōu)勢(shì)，本文基于此進(jìn)行了雙金屬吸附劑的制備及其脫除中溫模擬煤氣中的單質(zhì)汞的行為的研究。
　　本課題組前期考察了以煤質(zhì)活性炭(CAC)為載體制備的Pd/CAC和Pd-Fe/CAC吸附劑的脫汞性能，初步證實(shí)了雙金屬吸附劑脫汞的可行性。基于此，本論文選擇煤質(zhì)活性炭、椰殼活性炭(CSAC)、γ-Al2O3、 MCM-41分子篩和Beta分子篩為脫汞吸附劑的載

3、體，并以鈀、鐵、錳、銅、鋅和鈰為金屬活性組分，使用等體積浸漬法制備了24種負(fù)載型中溫煤氣脫汞吸附劑，進(jìn)一步考察了載體的特性、第二金屬的添加、金屬組分的浸漬順序、汞的初始濃度和脫汞活性評(píng)價(jià)的溫度等因素對(duì)吸附劑脫汞性能的影響。并結(jié)合XRD、BET、XPS、XAS、TPR、TEM和Raman等表征結(jié)果，探討Pd/γ-Al2O3和1Pd5Fe/γ-Al2O3吸附劑的脫汞機(jī)理。得出如下主要結(jié)論:
　　(1)第二金屬的添加可以改善Pd/CAC

4、吸附劑的脫汞活性，尤其是Fe，其次為Mn?？紤]到Fe價(jià)格低廉，被認(rèn)為是第二金屬的最佳選擇。第二金屬對(duì)Pd基吸附劑脫汞作用的改善受吸附劑載體的影響，Pd/γ-Al2O3吸附劑的脫汞活性難以改善，尤其是Fe的添加反而使其活性降低。
　　(2)載體對(duì)吸附劑的脫汞活性影響非常顯著。以單一金屬鈀為活性組分時(shí)，γ-Al2O3為載體的吸附劑脫汞活性最好，其次是以MCM-41和Beta分子篩為載體的吸附劑，而以活性炭為載體的吸附劑脫汞活性較差。以

5、雙金屬鈀和鐵為活性組分時(shí)，以煤質(zhì)活性炭為載體的吸附劑脫汞效果最好，其次是以椰殼活性炭和Beta分子篩為載體的吸附劑，而以γ-Al2O3和MCM-41分子篩為載體吸附劑脫汞活性較差。
　　(3)金屬組分的浸漬順序?qū)ξ絼┟摴钚缘挠绊懞艽?，其作用?guī)律與吸附劑載體及第二金屬組分有關(guān)。250℃條件下，同時(shí)浸漬Ce和Pd的CePd/γ-Al2O3雙金屬吸附劑的脫汞活性優(yōu)于其他浸漬順序制備的雙金屬吸附劑和單一金屬Pd/γ-Al2O3吸附劑，

6、其脫汞活性在98％以上可以維持480min。分析結(jié)果表明，對(duì)于Pd、Ce系列的吸附劑來(lái)說(shuō)，浸漬順序主要是通過(guò)影響金屬組分的分散度而起作用，同時(shí)浸漬時(shí)PdO和CeO2的分散度最好。不同浸漬順序制備的Pd、Fe系列的雙金屬吸附劑的脫汞活性均較單一金屬Pd/γ-Al2O3吸附劑的脫汞活性低。先浸漬Zn后浸漬Pd的Zn-Pd/γ-Al2O3雙金屬吸附劑的脫汞活性與單一金屬Pd/γ-Al2O3吸附劑的脫汞活性相近，且其脫汞活性明顯高于Pd-Zn/

7、γ-Al2O3和ZnPd/γ-Al2O3脫汞活性。
　　(4)1Pd5Fe/γ-Al2O3吸附劑在N2-H2S-Hg-CO-H2氣氛中的脫汞機(jī)理主要為:PdO與煤氣中的H2反應(yīng)生成Pd2O，Pd2O進(jìn)一步被還原為Pd0; PdO與煤氣中的CO反應(yīng)生成Pd0，單質(zhì)鈀和單質(zhì)汞反應(yīng)生成鈀汞齊。脫汞活性降低的原因主要為:煤氣中的H2S與PdO反應(yīng)生成PdS的毒化作用;吸附劑中的Fe2O3和H2S反應(yīng)生成FeSx和Sad，Sad和新生成的P