热解和气化煤气中含硫化合物的转化和脱除

依托量子化学密度泛函理论计算方法，针对氧化铝和氧化铁为基体的催化剂和脱硫剂作用下的脱硫反应这一有限目标，构建有机硫在催化剂表面上催化转化的气-固催化模型，获得以基元反应为基础，包括各类可能反应路径的催化转化机理；构建无机硫与脱硫剂发生脱硫反应的气-固反应模型，获得包括无机硫脱除、脱硫剂再生和无机硫副反应等三类反应的脱硫反应机理。阐明在催化剂和脱硫剂表面上含硫化合物的键断裂方式和裂解产物，进而从分子水平阐明催化转化和脱硫反应的热力学和动力学机理；以活性中心为核心，阐明催化剂和脱硫剂的微观结构与效能的关系，进而从电子-分子水平阐明催化剂和脱硫剂的作用原理。通过把不直接参加反应的气体分子的微观作用参数归约为气氛效应的方法，统一阐明不含硫组分对催化和脱硫过程的影响。项目可以为优化含硫化合物转化和脱除的工艺条件建立基本的理论方法，为高效催化剂和高效易再生脱硫剂的筛选和金属掺杂改性提供基本的理论线索。

依托量子化学密度泛函理论计算方法，构建了有机含硫化合物COS、CS2、甲硫醇和噻吩在氧化铝表面的气-固催化模型，通过分析吸附构型、态密度、净电荷和化学键的变化得出了这些有机含硫化合物的最稳定吸附构型；研究了COS和CS2通过水解和氢解转化为H2S的反应机理，获得了反应过程中的热力学和动力学数据，并研究了温度和各种溶剂化效应对COS水解过程中的影响；构建了H2S在氧化铁、氧化锌和氧化亚铜脱硫剂表面的吸附构型，研究了H2S在这些表面上的解离机理；得到了H2S在氧化铁和氧化锌表面的脱除反应机理，通过分析反应的热力学和动力学，总结出脱硫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而生成H2O；研究了硫化和含O缺陷的氧化铁、氧化锌表面的再生机理，结果表明：在再生气氛O2的作用下，这些表面都容易得到再生；研究了在脱硫过程中CO气氛的影响，发现在有CO存在的情况下，H2S较容易和CO反应生成COS，这个副反应的存在不利于H2S的脱除；通过对氧化铁表面修饰，构建出Fe缺陷的表面、O缺陷的表面、S掺杂代替表面O的、Zn、Co和Cu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：Fe缺陷的表面、Zn、Co和Cu掺杂的表面相对于完美的氧化铁表面来说，都有利于H2S的解离，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。通过从分子-电子水平上对上述有机和无机含硫化合物的转化和脱除的机理研究，建立了一套基于基元反应的脱硫动力学机理，丰富了催化动力学的理论体系。