钴负载活性氧化铝/凹凸棒石复合脱硫剂脱除二氧化硫的机理及脱硫模型研究

A kind of new desulfurization agent Co3O4-γ-Al2O3/ATP, which was an composite desulfurization adsorbent that made of the mixture of γ-Al2O3 and attapulgite(ATP, produced in Gansu Linze), and coated with the metal oxide(Co3O4), was prepared. And the desulfurization capability of the desulurizater was studied. Though a series experiments, the new desulfurization shows characaters of high desulfurizating rate, reproducible capability, and desulfurization at nomoral temperature. But the desulfurization mechanism and the relation of the desulfurzer structure and its effect are not confirmed. Base on this prepared method and property study of the desulfurizer, using part of the traditonal gas-solid reaction model reasonable hypothesis for reference, we will analysis mechanism of the new desulfurizer, and set up a particle model for describing the desulfurization process. According to a series dynamics experiments, we will investigate the influence of solid structure change on desulfurization reaction. And it will be considered in model building and make it better than before. As a result, we can analysis and predict the process characteristics of the desulfurization reaction more exactly, and provide us theoretical basis and guidance for improving property of desulfurization catalyst and imitating reactor study.

以甘肃产凹凸棒石（ATP）配合活性氧化铝（γ-Al2O3）并负载过渡金属氧化物四氧化三钴（Co3O4）制备了高效的干法脱硫剂，该脱硫剂具有脱硫效率高、可再生以及可在常温下脱硫等特点。但该复合脱硫剂具有较高脱硫效率的机理及构效关系有待明确。本课题以该脱硫剂脱除二氧化硫（SO2）的实验为基础，借鉴传统气固反应模型的部分合理假设，分析该新型脱硫剂的脱硫机理，建立描述此脱硫过程的颗粒模型，并通过动力学实验考察固体结构变化对反应的影响，将其考虑进模型中使其得到完善，从而能够对反应的过程特性进行较为准确的分析和预测，为改善吸附催化剂的性能及其进行反应器级模拟提供理论基础。

负载型脱硫剂是以有活性的Al2O3，TiO2，活性炭和硅胶等为载体制备成的脱硫剂，以这些吸附性较强的材料制备的脱硫剂吸附性好，脱硫效率高，均能达到90%以上，但由于其价格较贵，成本较高，限制了这些吸附性材料作为脱硫剂载体在工业中的大规模应用。凹凸棒石比表面积大，晶体结构中具有特殊通道，存在大量活化中心，吸附和催化氧化性好，自身就可以作为催化剂使用，且成本不高。.本研究以甘肃产凹凸棒石（ATP）配合活性氧化铝（γ-Al2O3）并负载过渡金属氧化物Co3O4制备了高效的干法脱硫剂Co3O4-γ-Al2O3/ATP，通过一系列的实验，优化了Co3O4-γ-Al2O3/ATP复合脱硫剂的制备工艺，优化了使用该脱硫剂脱除SO2的实验条件并对该脱硫剂进行了进一步表征分析。实验结果表明，最优的制备工艺参数为：复合载体的配比ATP : γ-Al2O3=6.5 : 3.5，前驱物浸渍液浓度20%wt，焙烧温度600℃。最优的脱硫实验条件为：脱硫剂含水率为15~30wt%，脱硫床层温度为常温，脱硫剂颗粒粒径为2mm左右，进口SO2浓度不高于1200mg/L，脱硫空间速度为30h-1，床层高度为脱硫塔高度的0.8倍。. 通过表征结果分析了该种脱硫剂的脱硫机理，在采用Co3O4-γ-Al2O3/ATP脱硫剂进行脱硫时，经适当条件制备的Co3O4-γ-Al2O3 /ATP吸附脱硫剂具有吸附二氧化硫和催化脱除二氧化硫的能力。样品表面固有的原子结构和活化处理产生的表面电荷不平衡现象而形成了吸附中心，当烟气通过吸附脱硫剂时，SO2被活性位吸附，部分被吸附的SO2与脱硫剂上负载的Co3O4反应生成钴的硫酸盐，储存于吸附脱硫剂的微孔或中孔中，部分被吸附的SO2与邻位吸附态的O2反应生成SO3，然后与吸附态的H2O反应生成硫酸，还有一部分SO2以吸附态存在于脱硫剂内。根据该机理分析，通过实验进行了脱硫动力学的研究，得到采用该脱硫剂进行脱硫反应的本征动力学方程，通过推导和计算，得到了在293K和常压条件下该过程的宏观动力学方程。建立了描述此脱硫过程的颗粒模型，并通过Co3O4-γ-Al2O3/ATP复合脱硫剂的微观结构和目标污染物SO2分子结构分析该脱硫剂具有的吸附和催化性能机理，将其考虑进模型中使其得到完善。