煤气中H2S、HCl、Hg等污染物的中温联合脱除研究

煤气净化技术是实现煤基多联产的关键技术之一。课题针对煤气中H2S、HCl和Hg等污染物，提出利用多功能吸附-催化剂在150-300℃将上述污染物联合脱除的研究思路。即将脱HCl和Hg的活性组分与脱除煤气中H2S的活性组分有机组合，通过添加助剂制成能同时脱除多种污染物的复合型多功能中温煤气净化剂。研究工作主要是围绕多功能吸附-催化剂的制备和活性评价过程中的各种影响因素、内在关联和作用机理进行考察。核心工作是对精脱硫剂ZnFe2O4/Al2O3进行Pt或Pd、Na改性。通过调控和优化Al2O3载体上的Pt或Pd、Fe、Zn、Na等组分，制得高效的多功能吸附-催化剂，结合活性评价结果和相关的表征阐明催化剂的物理化学性质、H2S、HCl、Hg脱除效率和稳定性之间的构效关系以及同时脱除机理。通过上述研究，以期开发出一种多种污染物中温联合脱除技术，为煤气净化工艺的简化和优化提供基础数据和理论支持。

针对煤气中的H2S、HCl和Hg等污染物，制备了一系列多功能吸附剂，考察其脱除多种污染物的性能，从中筛选出性能优良的吸附剂。通过对温度、气氛、H2S浓度等因素的考察，优化了同时脱除模拟煤气中多种污染物的工艺条件。使用XRD、拉曼光谱分析、XPS、EXAFS等表征方法对反应前后的吸附剂进行分析，结合污染物脱除活性实验结果，阐述了不同种类吸附剂脱汞的机理。主要结果包括：.（1）工业成品铁基脱硫剂用于脱除模拟煤气中H2S和Hg的研究表明：煤气中的CO和H2等气氛几乎不影响铁基脱硫剂对汞的脱除效率，而H2S对汞的脱除起着非常重要的促进作用。脱硫剂中的活性组分Fe2O3和H2S发生反应生成硫化铁或硫化亚铁和单质硫，生成的单质硫和汞发生反应，生成了稳定的硫化汞而将汞脱除。.（2）通过共沉淀法制备了四种复合金属氧化物作为煤气中脱除H2S和Hg的吸附剂，包括：Fe-Al、Fe-Zn、Fe-Al-Pd和Fe-Zn-Pd。气体中H2S的存在，有利于单质汞的脱除。原因可能是H2S在吸附剂表面能形成单质硫，单质硫与单质汞反应生成硫化汞，可以达到同时脱除硫化氢和单质汞的目的。贵金属元素Pd的引入，对含H2S气体中汞的脱除有促进作用，但脱汞能力随温度的升高下降较明显。反应温度为100℃时，吸附剂Fe-Al-Pd的脱汞和脱硫效果均较好，脱除率分别可以达到93.6%和99.2%。.（3）等体积浸渍法制备了1Pd/γ-Al2O3、3Fe/γ-Al2O3和1Pd3Fe/γ-Al2O3吸附剂，并考察了它们同时脱硫和脱汞的能力。H2S可以提高吸附剂3Fe/γ-Al2O3的脱汞能力，但是随着反应温度的升高脱汞率也呈下降趋势。吸附剂1Pd/γ-Al2O3中PdO容易被H2和CO还原为单质Pd，单质Hg可以Pd-Hg齐的形式而被脱除，所以H2和CO能够提高吸附剂1Pd/γ-Al2O3的脱汞率。复合金属吸附剂1Pd3Fe/γ-Al2O3具有较好地脱除Hg和H2S，性能优于单独负载PdO和Fe2O3的吸附剂。吸附剂1Pd3Fe/γ-Al2O3脱除模拟煤气中的汞可能存在两种不同的脱除机理：吸附剂表面的PdO被H2还原为单质Pd，Hg与吸附剂表面的单质Pd形成Pd-Hg齐； H2S与吸附剂中的组分Fe2O3或吸附剂上的含氧基团反应生成单质硫，Hg与吸附剂上生成的单质硫反应生成HgS；PdO将Hg催化氧化为价态Hg2+。