铁基离子液体/PEGDE的氧化脱硫动力学研究
铁基离子液体([Bmim]FeCl4，Fe-IL)作为一种绿色的非水相湿法氧化脱硫剂，集脱硫与硫磺回收为一体。Fe-IL在脱硫过程中，具有热稳定性高、蒸气压低，氧化还原电位适中，副产物少等优点，然其高黏度及Fe(Ⅲ)活性低等问题，导致H2S的反应-传质效果较差，实际硫容不能发挥。 本文基于实验室已有的向Fe-IL中复配有机溶剂来强化吸收H2S的工作基础，以及文献中吸收动力学的研究方法，将低黏度的有机溶剂聚乙二醇二甲醚(PEGDE)以不同复配比添加到Fe-IL中，制备Fe-IL/PEGDE共溶体系，测定分析其物化参数，考察其在复杂工况下的脱硫性能;重点通过微观动力学研究，阐明PEGDE强化脱硫过程的机制，并探究Fe-IL/PEGDE共溶体系吸收HiS动力学特性;通过对Fe-IL/PEGDE的氧气再生反应动力学探究，阐明再生机理。得到如下结论: 1.测定不同复配质量比Fe-IL/PEGDE的密度及黏度，其与温度的关联结果表明，随着温度和PEGDE复配比的升高，共溶体系的黏度及密度均呈下降趋势;考察了不同温度、压力下H2S在不同质量比的Fe-IL/PEGDE中相平衡行为。结果表明，随着温度降低、压力升高和PEGDE复配比升高，H2S在Fe-IL/PEGDE中的平衡溶解度呈增长趋势。同时，由于Fe-IL/PEGDE对H2S的吸收兼具物理吸收和化学反应特性，因此，随着压力升高和PEGDE复配比升高，H2S在Fe-IL/PEGDE中的物理溶解度也随之提高。 2.在鼓泡吸收反应器上，考察Fe-IL/PEGDE在特殊工况下对H2S的吸收过程。实验条件下，Fe-IL/PEGDE脱硫最佳复配质量比为4∶1。共溶体系对高浓度、高压及高温含硫气源具有高效的脱硫效率，在温度为313.15K，压力为1.7MPa，H2S体积浓度为1％的条件下，稳定脱硫时间达到600min以上，有效硫容量达到20g·L-1。基于本课题组脱硫机理研究基础，本文考察PEGDE对脱硫过程的影响，PEGDE的加入，促使脱硫过程生成PEGDE--HS-等活性中间产物，可促进脱硫的化学反应过程。 3.在静态吸收反应釜上，对Fe-IL/PEGDE共溶体系吸收H2S动力学进行探究。在实验条件下，Fe-IL/PEGDE吸收H2S的过程为快速拟一级反应，脱硫过程主要受液膜控制，提高温度和PEGDE复配比，可强化H2S的宏观吸收过程，并通过计算得到，在质量比为4∶1的Fe-IL/PEGDE体系中，温度为313.15K时，其表观速率常数kov为21.14s-1。PEGDE对本征反应动力学也有影响，随着PEGDE复配比提高，混合体系对Fe(Ⅲ)的反应级数提高，Fe(Ⅲ)与H2S的反应推动力增强，促使H2S在脱硫过程中向最终产物S转化。 4.本文研究了Fe-IL/PEGDE共溶体系的O2再生反应动力学，再生反应对O2和Fe(Ⅱ)的反应级数均为一级，而O2由气相进入Fe-IL/PEGDE是整个再生反应过程的控速步骤。
铁基离子液体;聚乙二醇二甲醚;脱硫工艺;动力学特性
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
余江
2017
中文
TQ031.9
101
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）