热解和气化煤气中H2S和Hg同时脱除的理论研究

依托量子化学密度泛函理论计算方法，针对在金属氧化物脱除剂作用下同时脱除热解和气化煤气中H2S和Hg这一目标，构建H2S和含Hg物种在脱除剂表面上吸附的气-固模型，获得脱除剂的结构参数与脱硫脱汞性能的关系；穷举H2S和含Hg物种在脱除剂表面上的催化反应路径，获得包括H2S的脱除反应、Hg(0价)的催化氧化以及H2S和含Hg物种反应的共脱除反应机理。从电子-分子水平上阐明H2S和Hg在脱除剂表面共脱除反应的动力学机理；阐明脱除剂的催化氧化作用机理；阐明提高脱除效率的方法，为优化H2S和Hg同时脱除的工艺建立基本的理论方法，为高效脱除剂的筛选和金属掺杂改性提供基本的理论线索。

采用量子化学密度泛函理论计算方法，针对金属氧化物同时脱除煤气中H2S和Hg这一目标，构建了H2S和含Hg物种在脱除剂ZnO、α-Fe2O3和Cu2O表面上吸附的气-固模型；通过分析吸附构型、态密度、净电荷和化学键的变化得出了它们的最稳定吸附构型及金属氧化物表面的活性位点；通过对H2S在ZnO、α-Fe2O3和Cu2O表面的脱除机理进行研究，总结出金属氧化物脱除剂是一种特殊的物质，它在脱硫过程中扮演着双重角色，即：作为催化剂催化分解H2S和作为反应物参与反应生成H2O；通过H2S和Hg（0价）在ZnO表面的共脱除机理的研究，表明ZnO能有效地同时脱除煤气中的H2S和Hg（0价），且H2S对于煤气中Hg0的脱除是必不可少的；同时对煤气中Hg（0价）经含Cl氧化脱除机理的研究表明，在ZnO脱除剂作用下，Cl2是有效的氧化剂，HCl解离的H阻碍了HgCl2的生成；在Fe2O3脱除剂作用下，HCl首先被氧化成Cl2，进而再氧化Hg（0价）是可行的反应路径；通过对α-Fe2O3表面修饰，构建出Fe缺陷的表面、O缺陷的表面、硫化的表面、Cu、Zn和Co掺杂代替表面Fe的不同模型，研究了H2S在这些表面的解离，结果表明：相对于完美的氧化铁表面来说，Fe缺陷的表面、Cu、Zn和Co掺杂的表面都有利于H2S的解离；通过研究α-Fe2O3掺杂一系列第二金属(Ag、Pd、Mn、Ce、Co、Cu)对含Hg物种吸附的影响，综合考虑脱除效率和经济性，Ce是最好的掺杂金属，这些结果为高效脱硫剂的筛选和金属掺杂改性提供了基本的理论线索。