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吸附和氧化一萃取(吸附)用于柴油超深度脱硫研究

蒋宗轩  
【摘要】: 由于更加严格的环境法规,柴油超深度脱硫(<15ppm)已成为非常紧迫而急需解决的世界性研究课题。另外,在氢源燃料电池系统中,如果氢来源于燃料油,那么必须使用超低硫或无硫燃料油。尽管传统的加氢脱硫(HDS)能非常有效地脱除大部分含硫化物,但是在脱除二苯并噻吩及其衍生物时,遇到了严重的挑战。要将存在于加氢柴油中剩余的200~500 ppm硫用HDS方法降至15 ppm以下,必需在更高的温度和压力、更低的空速、使用活性更高的催化剂等条件下进行。这势必产生如下诸多问题:高投资、高操作费用、缩短催化剂寿命、增加氢耗等等。 目前人们在研究非加氢脱硫的技术,如吸附脱硫、氧化脱硫、萃取脱硫以及生物脱硫等,其中吸附和氧化一萃取(吸附)脱硫被工业界认为是有望在近期内获得重大突破的超深度脱硫技术。本论文集中研究吸附和氧化一萃取(吸附)用于柴油超深度脱硫。 在第一部分工作中,系统考察了柴油中二苯并噻吩在改性活性炭上的吸附以及影响二苯并噻吩在活性炭上的吸附容量的主要因素;然后对改性活性炭进行了系统表征,并将表征结果和吸附性能进行了关联。在第二部分工作中,通过选择催化氧化将柴油中的硫化物转化成相应的砜后,再通过萃取(吸附),可以实现柴油的超深度脱硫(<0.1 ppm)。 二苯并噻吩在改性活性炭上吸附结果表明,不同改性方法对活性炭的脱硫率有很大影响。活性炭氧化改性对脱硫率的影。向按下列顺序变化:浓硫酸>浓硝酸>过二硫酸铵>过氧化氢(30%)>高锰酸钾水溶液。在所考察的改性方法中,以硫酸(或硫酸组合其它方法)改性活性炭的脱硫效果最佳,活性炭的硫容量从改性前的0.0240克硫/克吸附剂提高到0.0529克硫/克吸附剂。硫容量提高幅度如此之大,目前尚未见报道。对所研究的加氢处理柴油,硫的脱除率从未改性活性炭的23.3%上升到硫酸改性活性炭的32.5%,说明硫酸改性也有利于柴油中硫化物的吸附。利用低温氮吸附、碱滴定、红外光谱、不同大小和极性分子吸附等实验方法,考察了活性炭孔结构、表面性质与二苯并噻吩吸附容量之间的关系。结果表明,二苯并噻吩在改性活性炭上的吸附容量的增加主要与活性炭的中孔孔容和表面含氧基团的量增加有关。 4,6-二甲基二苯并噻吩及柴油中的含硫化合物的选择催化氧化结果表明,组装在亚稳态乳化液滴中的催化剂[(C_(18)H_(37))_2N~+(CH_3)_2]_3[PW_(12)O_(40)]显示类匀相催化剂的性能,具有很高的催化活性,能够在温和的反应条件(30℃、常压)下,将4,6-二甲基二苯并噻吩及柴油中的含硫化合物完全转化成砜。催化剂对硫化物的选择性为100%,过氧化氢的利用率超过96%:反应后通过离心破乳,催化剂可回收利用。使用萃取的方法将生成的砜选择性地脱除,可以将柴油中的硫含量从500ppm降至0.1 ppm以下,而油品性质不发生改变。这些结果尚未见文献报道。此外,还考察了砜在改性活性炭上的吸附,也取得了一定的进展。


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