一种利用微波固相合成法制备铁酸锌脱硫剂的方法
阅读：532发布：2020-05-24
专利汇可以提供一种利用微波固相合成法制备铁酸锌脱硫剂的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种利用 微波 固相合成法制备 铁 酸锌 脱硫 剂的方法，是以ZnCl2、FeCl3·6H2O、NaOH为原料，添加占脱硫剂总 质量 60～75%的本山绿泥为粘结剂， 研磨 后加 水 捏合，挤条、干燥成型，在微波 焙烧 温度 500～600℃下焙烧1～3h，制成铁酸锌脱硫剂。本发明制备的脱硫剂活性组分分散均匀，脱硫效率高；机械强度和热 稳定性 好，可用于 整体 煤 气化 联合循环 发电及煤气 净化 领域，单次硫容9.75%以上，经九次硫化/再生循环使用，硫容仍可保持在9.65%以上，且仍保持较高的机械强度。，下面是一种利用微波固相合成法制备铁酸锌脱硫剂的方法专利的具体信息内容。
一种利用微波固相合成法制备铁酸锌脱硫剂的方法
技术领域
背景技术
[0002] 整体煤气化联合循环发电（IGCC）是新兴崛起的21世纪最具前景的技术，由于其潜在的环境友好性、经济高效性，在世界范围内引起广泛的关注。煤气化产生的气体中通常含有H2S、COS、CS2、HCl、HCN等成分，这些高温成分进入燃气轮机内，不仅会腐蚀叶片，降低燃气轮机寿命，排放的气体也会污染环境。因此，煤气净化是IGCC系统中最重要的一个环节。
[0003] 煤气净化一般分为湿法脱硫和干法脱硫。湿法脱硫虽然技术成熟，但需要在常温下进行，会浪费煤气中的显热，而干法脱硫可以回收煤气中的显热，提高发电效率，同时省去了煤气热交换装置，减少了设备投资，降低了发电成本，故干法脱硫在IGCC系统中更具有优势。
[0004] 基于上述目的，人们对中高温煤气脱硫剂展开了大量的研究。Westmoreland通过分析元素周期表中各元素，认为可能用于中高温煤气脱硫的金属元素有28种，进而根据热力学研究结果并考虑到价格和毒性，只有其中11种金属元素即Ba、Ca、Co、Cu、Fe、Mn、Mo、Sr、W、V和Zn可用于干法脱硫，这些金属的氧化物可用作352～1202℃温度范围内的脱硫。
[0005] 经过科学工作者的大量研究，发现单一的金属氧化物都各有优缺点。例如氧化铁脱硫剂硫容高，价格低，使用温度低，但是其硫化对还原气氛H2、CO、H2O比较敏感，硫化后的脱硫剂在空气中再生，放出大量热导致温度失控，从而引起表面烧结，机械强度和再生效率降低，因此，脱硫—再生循环中Fe的利用率持续衰减。氧化锌具有较高的脱硫精度，脱硫效率可达99%，但其价格高，使用温度较铁系脱硫剂高，且再生困难。
[0006] 为了解决单一金属氧化物在脱硫中存在的问题，研究者将目光转向了复合金属氧化物。大量研究表明，复合金属氧化物无论从结构特性还是反应性能上，都比单一金属氧化物更有优势。这些复合金属氧化物可以是两个活性组分的混合物，如ZnFe2O4，其组成一般是其中一种金属氧化物具有很高的硫容，如Fe2O3，而另一种氧化物与H2S有很强的亲和力，如ZnO，两者结合可以大大提高脱硫剂的脱硫性能。
[0007] 在所有的复合金属氧化物脱硫剂中，铁酸锌是一种很有前途的脱硫剂，它既具备了Fe2O3高硫容、反应速度快、易再生的特点，也具有ZnO的高脱硫精度、高脱硫效率等优点，而且具有尖晶石结构的ZnFe2O4含有阳离子空位，容易吸引阴离子，使H2S与ZnFe2O4的反应更容易进行，能较完全吸收硫而转化为ZnS和FeS；同时，硫化后的铁酸锌也很容易用空气/蒸汽进行再生。
[0008] 但目前铁酸锌高温煤气脱硫剂尚未实现全面工业化，制约该脱硫剂进一步工业化的症结是脱硫剂结构不稳定、机械强度或耐磨损性差，导致脱硫剂在经过多次硫化/再生循环后出现较严重的粉化现象，引起脱硫剂损耗和脱硫效率下降。因此，开发高强度、高活性的铁酸锌脱硫剂成为亟待解决的问题。
发明内容
[0009] 本发明的目的是提供一种铁酸锌脱硫剂的制备方法，以解决铁酸锌在硫化/再生循环过程中由于内部结构不断变化引起的粉化问题。
[0010] 本发明利用微波固相合成法制备铁酸锌脱硫剂的方法是以ZnCl2、FeCl3·6H2O、NaOH为原料，本山绿泥为粘结剂，利用微波固相合成制备脱硫剂。
[0011] 本发明的具体制备方法是将制备铁酸锌活性组分的原料ZnCl2、FeCl3·6H2O、NaOH以1︰2︰5～7的摩尔比例混合，再添加占脱硫剂总质量60～75%的本山绿泥为粘结剂，研磨后加水捏合，挤条、干燥成型，在微波焙烧温度500～600℃下焙烧1～3h，制成铁酸锌脱硫剂。
[0012] 本发明选用江苏宜兴本山绿泥作为制备脱硫剂的粘结剂。本山绿泥是紫砂土的一种，其SiO2含量59～61wt%，Al2O3含量24～35wt%，Fe2O3含量相对较低。使用本山绿泥作为粘结剂，制备的铁酸锌脱硫剂机械强度可达50～60N/cm。
[0013] 本发明上述方法中，所使用微波的频率为2450MHz。
[0014] 上述方法中，所述的研磨优选在球磨仪中进行，研磨时间1～4h，球磨仪转速优选200～500r/min。
[0015] 以本发明方法制备的铁酸锌高温煤气脱硫剂可用于整体煤气化联合循环发电及煤气净化领域，脱硫剂单次硫容在9.75%以上，经过九次硫化/再生循环使用，硫容仍可保持在9.65%以上，且在循环九次后仍然保持较高的机械强度。
[0016] 本发明制备方法的优点在于：（1）利用ZnCl2、FeCl3·6H2O、NaOH及粘结剂本山绿泥同时混合发生固相反应，反应速度快，最终得到的活性组分在助剂上均匀分散，大大增加了活性组分与反应气体的接触面积，提高了脱硫效率；（2）添加粘结性好的本山绿泥作为粘结剂，脱硫剂的机械强度得到了很大的提高，耐热稳定性也大大增加，降低了脱硫剂成本；（3）脱硫剂的制备采用微波焙烧，具有时间短、选择性高、加热效率高和能耗低等优点。
具体实施方式
[0017] 实施例1
[0018] 称取5.5gZnCl2、23gFeCl3·6H2O、11.5gNaOH，添加本山绿泥30g作为粘结剂，一起放入球磨机中，以500r/min的转速球磨1h，取出，再加入去离子水混合，挤条成型；将成型后的样品干燥之后转入坩埚中微波焙烧，微波频率2450MHZ，微波功率1000W，在焙烧温度500℃下焙烧3h，制得成品。
[0019] 脱硫剂评价条件：脱硫温度500℃，空速2000h-1，产品一次硫化后硫容9.81%、脱硫效率98.49%、机械强度60N/cm。经过九次硫化/再生循环使用，硫容9.74%、脱硫效率97.79%，机械强度55N/cm。
[0020] 实施例2
[0021] 称取5.5gZnCl2、23gFeCl3·6H2O、11.5gNaOH，添加本山绿泥30g作为粘结剂，一起放入球磨机中，以400r/min的转速球磨2h，取出，再加入去离子水混合，挤条成型；将成型后的样品干燥之后转入坩埚中微波焙烧，微波频率2450MHZ，微波功率900W，在焙烧温度
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