中国煅烧石灰石在热重分析仪上进行的硫化实验.doc

中国煅烧石灰石在热重分析仪上进行的硫化实验 摘要 用两种中国的煅烧石灰石的硫化实验在密封热重分析仪上进行。分析在反应温度700--9500C,总压力0-1MPa,颗粒大小0.055-2mm,转换器吸着剂中H2S浓度0.1-4%下的反应结果。用浏览电子显微镜和能量光谱设备进行的形态学研究获得了固体表面和断层样本的图片。应用氮吸附法确定微粒中小孔的结构特性。实验结果表明当H2S的体积分数不变时硫化作用随总压力的升高而升高，然而，当H2S的局部压力恒定时硫化作用随总压力的升高而降低。温度对硫化作用有很大的反作用，并且反作用率随温度的升高而升高。硫化作用是遵循H2S局部压力变化的第一个命令。并且，较大的局部范围有较低的转换率和反作用率。应用未参加反应的皱缩核心模型描述硫化作用决定动力参数。 关键词:硫化作用、煅烧石灰石、密封热重分析仪、未反应皱缩核心模型 引言 中国是仅有的几个以煤作为主要能源消耗的国家之一，并且这种形式将长期不会改变。煤消耗导致很严重的空气污染，所以应该立即发展洁净煤技术。增压流化床燃煤联合循环和整体煤气化联合循环已经被证明是有高效率、低污染排放物最具有前景的技术。随着关键步骤，提高利率集中到气体发生器中高温下的硫化状态。许多外国学者进行了硫化实验研究H2S的移动，但是很少学者用中国石灰石进行硫化实验。因此，应进一步研究这篇发行物。 在热气体除污应用的众多吸附剂中，钙基吸附剂（主要成分是石灰石）与金属氧化物相比有一些优点，像Fe2O3，ZnO，TiO2。首先，钙基吸附剂在中国分布广泛容易获得而且价格低廉。其次，钙基吸附剂与金属氧化物吸附剂相比有在高温下除去H2S的能力。由于以上原因，所以在热气体除污中应首先考虑钙基吸附剂。 钙基吸附剂是否焙烧取决于气体发生器中的温度和CO2的分压。MgCO3易分解，由于MgS在典型加压气化条件下不稳定所以MgO与H2S不反应。煅烧石灰石的硫化反应相对较快并且可实现百分百转化，然而未煅烧的石灰石吸附H2S的能力较差。因此，钙基吸附剂是有效的代理，并被选择作为硫化动力学的研究。钙基吸附剂与H2S的反应方程如下： CaO + H2S=CaS + H2O (1) CaCO3 + H2S=CaS + H2O + CO2 (2) CaCO3 .MgO + H2S=CaS .MgO + H2O + CO2 (3) CaO.MgO + H2S=CaS.MgO + H2O (4) 这项工作的主要目的是研究加压条件下煅烧石灰石与H2S的反应率。应用几种类型的中国吸附剂通过模拟真正的“气体发生器”条件研究硫化实验，研究影响硫化反应的主要影响因素，未反应的皱缩核心模型用来获得动力学参数。 名称 C 气体密度[mol/m3] De 有效产物层扩散率[m2/s] De0 产物层扩散率因素指数[m2/s] Ed 扩散物活化能[J/mol] Es 化学反应活化能[J/mol] k0 化学反应率因素指数[m/s] ks 硫化吸附剂化学反应率常数[m/s] M分子质量[g/mol] P 压力 [Pa] R 理想气体常数 [J/mol/K] Rp 粒子半径[m] t 时间[s] T 温度[K] Vp 石灰石中气孔体积[m3/kg] w 样本质量[g] X 硫化转化率 [-] y 吸附剂纯度 [-] 希腊符号 ρ 石灰石密度 [kg/m3] t*=ρRp / (ksC) 只受化学反应控制时实现完全转化的时间 [s] σs2=ksRp/ (6De) 皱缩核心反应模块是对化学反应和总扩散反应率的贡献率 ε 气孔率[-] 实验 设备 热重分析仪（如图1所示）用来研究H2S和石灰石之间的硫化实验。主要包括以下部件：称重系统、加热系统、数据采集系统。 图1 实验条件 通过筛分得到半径在0.055--2mm之间的两种类型的石灰石。表格1呈现其化学构成和物理特性。用BET方法测得煅烧石灰石的主要核心半径范围是1--40nm。 表1 煅烧石灰石化学组成和内部结构特性 实验过程中内部气体构成的变化范围：0.1-4%H2S，0.5-20%H2，3-20%CO2，N2是平衡气体。为了抑制H2S的分解，H2和H2S的质量密度等于5。 由于对加热系统的破坏，蒸汽不选做气体构成物。至于另一个重要的构成物，CO可以在汽水转换反应中形成(5)，只有当CO和CO2密度比大于1:100时才能阻止CaS氧化为CaSO4。CO + H2O?CO2 + H2 (5) 通过测定在Quantachrome NOVA 1000e中N2的物理吸附测定BET表面积，气孔体积和气孔大小分布，形态学用浏览电子显微镜和能量光谱分散设备进行研究。为了查证PTGA的结果，样本质量通过精确分析平衡核实。小孔吸收由方程(6)得 到 实验过程