氧化鐵基脫硫劑對H2S的脫除及脫硫劑的再生機理研究.pdf

1、氧化鐵基脫硫劑是廣泛使用的干法脫硫劑，但其存在穩(wěn)定性差、再生困難等問題。對脫硫劑與H2S的相互作用機理、脫硫劑在O2氣氛下的再生機理及脫硫劑的摻雜對脫硫性能的影響這些關鍵科學問題的研究是解決上述問題的基礎。
　　 本文依托量子化學密度泛函理論計算方法，針對氧化鐵基脫硫劑作用下的脫硫過程，構建了H2S與氧化鐵脫硫劑發(fā)生脫硫過程的氣固模型，得到了氧化鐵脫硫劑對H2S的脫除機理;構建了氧化鐵脫硫劑的第二金屬摻雜模型，探討了第二金屬摻雜

2、對H2S解離的影響，并通過構建空缺表面模型探討了表面不同的原子空缺對脫硫劑脫硫性能的影響;另外，通過構建兩種硫化的氧化鐵脫硫劑表面在O2氣氛下發(fā)生再生過程的氣固模型，得到了硫化的氧化鐵脫硫劑的再生機理。從電子-分子水平上闡明了脫硫劑催化轉化在脫硫及再生過程中的熱力學和動力學機理。得到的主要結論如下:
　　 1.關于H2S與氧化鐵脫硫劑的脫硫過程，主要存在生成H2和生成H2O兩條脫硫路徑。研究表明:這兩條脫硫路徑是競爭性的。在脫硫

3、過程中，氧化鐵脫硫劑起到了兩種作用:一方面，在H2S的解離過程中，氧化鐵脫硫劑起催化劑作用并生成H2;另一方面，在生成H2O的路徑中，兩個氫原子奪取了氧化鐵脫硫劑表面的O原子，同時S原子填補了被奪取的O原子所在的位置，氧化鐵脫硫劑參與了反應，起到了反應物的作用。
　　 2.經過兩條不同的脫硫路徑會產生兩種硫化表面，在生成H2的路徑中，S原子吸附在α-Fe2O3(0001)表面的Fe頂位，我們稱之為“硫吸附表面”，在生成H2O的路

4、徑中，α-Fe2O3(0001)表面的O原子被S原子的替代導致脫硫劑的降解，我們稱之為“含硫表面”。
　　 3.無論脫硫過程生成的產物是H2還是H2O，H2S在表面的解離是脫硫過程中所經歷的共同步驟。在脫硫過程中含硫表面的形成會導致H2S脫硫劑表面的解離活化能壘升高，對脫硫過程不利。在脫硫劑表面摻雜第二金屬Co、Cu和Zn可以有效的降低H2S在氧化鐵脫硫劑表面解離的活化能，有利于脫硫過程的進行。
　　 4.氧化鐵表面的原

5、子空缺會影響其脫硫性能。表面Fe空缺的存在可以有效的降低H2S解離的活化能，有利于脫硫過程的進行;而表面O空缺的存在導致表面金屬活性位消失，對脫硫過程不利。
　　 5.O2氣氛不僅可以再生硫化的脫硫劑，還可以修補脫硫劑表面的O空缺。氧化鐵脫硫劑兩種硫化表面都存在兩條相互競爭的再生路徑，且其決速步驟都是O2的解離。因此，降低O2解離的活化能有利于再生過程的進行。另外在O2的氣氛下，表面O空缺的修補很容易。因而在O2氣氛下再生，可有