一种高温煤气脱硫剂载体炭气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高温煤气脱硫剂载体炭气凝胶的制备方法，将间苯二酚与甲醛溶于去离子水中，碳酸钠作为碱性催化剂溶于水中，得到有机水溶胶，将有机水溶胶放入密闭容器中在25℃大气条件下静置1天，在50℃恒温水浴条件下加热1天，80℃恒温水浴条件下加热3天。合成的溶胶用乙醇进行溶剂交换，待乙醇挥发后，将得到的凝胶进行冷冻干燥，即可得到干燥的有机气凝胶。将获得的有机气凝胶放入管式炉中，在N2条件下进行炭化，制得炭气凝胶。本发明专利技术制得的炭气凝胶由球状纳米粒子相互连结而成，其网络胶体颗粒直径在3nm‑20nm左右，孔隙率高达80%‑98%，比表面积高达500m2/g‑1100m2/g。

【技术实现步骤摘要】
一种高温煤气脱硫剂载体炭气凝胶的制备方法
本专利技术属于化工领域，涉及一种炭气凝胶，具体来说是一种高温煤气脱硫剂载体炭气凝胶的制备方法。
技术介绍
能源结构中，燃煤发电占到绝对比例，但其对环境造成污染，对人体健康造成影响，需要日益严格的环保标准和为之付出的成本代价。整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术，是一种较为高效、清洁的发电技术，是最具发展前景的洁净煤技术之一。IGCC发电系统工艺流程：气化炉高温加热产生粗煤气，800℃～900℃的高温粗煤气经冷却器降温，再经除尘器脱除其中的细颗粒、碱金属等，进入脱硫装置脱硫成为净化煤气，进入燃气轮机燃烧室燃烧，产生高温高压烟气进入透平膨胀做功发电，燃气轮机的尾气进入余热锅炉，余热锅炉吸收尾气热量产生蒸汽驱动汽轮机发电。燃气轮机和汽轮机联合运行，使高温热量输入与低温排放过程有机结合，可显著提升系统热力学效率，大型IGCC示范厂的电站效率已达42％-46％，今后有望超过50％。但煤气化产生的粗煤气中含有H2S、COS和CS2等组分，其中90％为H2S，这些组分进入燃气轮机内会造成叶片腐蚀，需要脱硫。目前较为成熟的粗煤气脱硫方式是先冷却高温煤气再进行脱硫净化处理，在换热过程中造成极大的能耗。采用可再生固体吸附剂高温脱硫可以省去低温脱硫需要的冷却与再加热步骤，可提高热效率并简化净化设备，以煤为原料进行气化所产生的粗煤气，其中所含的硫化物可分为无机硫和有机硫，无机硫主要是H2S，而有机硫一般为小分子量的COS、CS2和大分子量的硫醇、硫醚和噻吩等组成。湿法脱硫(低温脱硫)利用液体将硫化物从粗煤气中分离、富集，然后再氧化为单质硫或硫酸。从所用溶剂的不同，又可分为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法等。典型的湿法脱硫工艺有低温甲醇洗法、环丁砜法和烷基醇胺法等。湿法脱硫的特点是适合处理含硫量大或气体量大的场合，但投资大、运行费用高。低温脱硫技术由于需要先将高温煤气冷却，再重新加热煤气，会浪费高温煤气中占总热值10％-20％的显热，阻碍了发电效率的提高。高温煤气通常采用固体吸附剂(金属氧化物或复合金属氧化物)与H2S或其它硫化物反应进行脱硫，即干法脱硫。目前，国内外许多学者对高温煤气脱硫剂已进行了研究，研究较多的有氧化铁、氧化锌、氧化铜、氧化钙和氧化铈等金属氧化以及铁钙、铜锰、铁酸锌和钛酸锌等复合金属氧化物等。以往的研究者只侧重于单一的金属氧化物或复合金属氧化物脱硫剂，虽然无载体的金属氧化物与硫化氢具有良好的反应活性，但是它们都有硫容低、易烧结、脱硫精度低、机械强度低、再生困难等缺点，使得这类脱硫剂无法直接应用于实际生产中。为了避免这些问题的发生，可以将金属或金属氧化物负载在稳定性强的载体上，这些载体主要包括沸石、活性炭等微孔材料和SBA-15、炭气凝胶等中孔材料。20世纪80年代末，美国LawranceLivermore国家实验室PekalaR.W首次制备出RF(resorcinolformaldehyde)有机气凝胶【间苯二酚(Resorcinol)－甲醛(Formaldehyde)为原料】，并炭化得到炭气凝胶(carbonaerogel)。炭气凝胶是由球状纳米粒子相互连结而成的一种新型多孔纳米材料的气凝胶，网络胶体颗粒直径3nm-20nm，孔隙率高达80％-98％，典型的孔隙尺寸小于50nm，比表面积高达500m2/g-1100m2/g。炭气凝胶的高比表面积和丰富的孔隙结构不仅能够负载更多的活性组分，还能促进H2S分子的扩散，从而提高硫化反应的速率。此外，炭气凝胶的孔道结构为三维网状结构，使得它在物料传输和能量交换方面比一维或二维孔道结构的Al2O3或SiO2表现更为优秀，非常适合作为高温脱硫剂的载体。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种高温煤气脱硫剂载体炭气凝胶的制备方法，所述的这种高温煤气脱硫剂载体炭气凝胶的制备方法要解决现有技术中的微孔材料不能充分吸附大分子的技术问题。本专利技术提供了一种高温煤气脱硫剂载体炭气凝胶的制备方法，包括如下步骤：1)将间苯二酚与甲醛以1:1.5～1:2.5的摩尔比溶于去离子水中，将碳酸钠作为碱性催化剂溶于水中，碳酸钠与间苯二酚摩尔比为10:1～1000:1；2)将所得溶液在室温下搅拌6～10h，得到有机水溶胶；3)将所得有机水溶胶放入密闭容器中，在25℃大气条件下静置1天，在50℃的恒温条件下水浴加热1天，80℃的恒温条件下水浴加热3天；4)将步骤3)获得的溶胶捣碎，用无水乙醇进行溶剂交换；5)将溶剂交换完成后的溶胶中的无水乙醇倾倒干净，再将溶胶置于冷冻干燥机中，在-60℃到-20℃的温度下冷冻24～30小时，在10℃到30℃的温度下抽气干燥24～30小时，得到干燥的有机气凝胶；6)将所得干燥的有机气凝胶置于管式炉中，在N2条件下进行炭化，N2流量100～140ml/min，190min升温至760～950℃，升温速率4～5℃/min，在760～950℃条件下保持4～5h，待温度冷却至室温，制得炭气凝胶。本专利技术的炭气凝胶的制备是通过间苯二酚和甲醛溶胶-凝胶的方法获得，间苯二酚(R)与甲醛(F)溶于去离子水中(去离子水作为分散剂)，碳酸钠(C)作为碱性催化剂溶于水中。溶液在室温下搅拌，得到(R/C)的有机水溶胶。水溶胶放入密闭容器中在25℃大气条件下静置1天，在50℃恒温水浴条件下加热1天，80℃恒温水浴条件下加热3天。合成的溶胶用乙醇进行溶剂交换，待乙醇自然挥发完全后，将得到的凝胶放入冷冻干燥机进行冷冻干燥，即可得到干燥的有机气凝胶。将获得的有机气凝胶放入管式炉中，在N2条件下进行炭化，制得炭气凝胶。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术制得的炭气凝胶由球状纳米粒子相互连结而成，其网络胶体颗粒直径在3nm-20nm左右，孔隙率高达80％-98％，比表面积高达500m2/g-1100m2/g。由于其较大的孔隙和比表面积，非常适合作为催化剂的载体，来弥补微孔材料不能充分吸附大分子的缺点。附图说明图1为本专利技术实施例1产物的BET图。图2为本专利技术实施例1产物的SEM图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1量取100mL去离子水加入带盖玻璃瓶中，称量0.0161g碳酸钠(C)、称量10g间苯二酚(R)加入烧杯中并搅拌成溶液。量取14.629mL甲醛加入上述溶液中，将转子放入瓶中，密封并盖上瓶盖拧紧。将其置于磁力搅拌器上在室温下搅拌8h，得到摩尔比R/C＝600的有机水溶胶。搅拌结束后，取出瓶中的转子。将所得水溶胶放入密闭容器中在25℃大气条件下静置1天，在50℃恒温水浴条件下加热1天，80℃恒温水浴条件下加热3天。加热结束后，将合成的溶胶捣碎，用无水乙醇进行溶剂交换(每天换一次无水乙醇，进行3天)。将溶剂交换完成后的溶胶中的无水乙醇液体倾倒干净，再将溶胶置于冷冻干燥机在-60℃到-20℃下冷冻24小时，在10℃到30℃下抽气干燥24小时，得到干燥的有机气凝胶。将所得干燥的有机气凝胶置于管式炉中，在N2条件下进行炭化：N2流量120ml/min，190min升温至950℃(升温速率5℃/min)，950℃条件下保持5h，待温度冷却至室温，制得摩尔比R/C＝600的炭气凝胶C600。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温煤气脱硫剂载体炭气凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将间苯二酚与甲醛以1:1.5~1:2.5的摩尔比溶于去离子水中，将碳酸钠作为碱性催化剂溶于水中，碳酸钠与间苯二酚摩尔比为10:1~1000:1；2）将所得溶液在室温下搅拌6~10h，得到有机水溶胶；3）将所得有机水溶胶放入密闭容器中，在25℃大气条件下静置1天，在50℃的恒温条件下水浴加热1天，80℃的恒温条件下水浴加热3天；4）将步骤3）获得的溶胶捣碎，用无水乙醇进行溶剂交换；5）将溶剂交换完成后的溶胶中的无水乙醇倾倒干净，再将溶胶置于冷冻干燥机中，在‑60℃到‑20℃的温度下冷冻24~30小时，在10℃到30℃的温度下抽气干燥24~30小时，得到干燥的有机气凝胶；6）将所得干燥的有机气凝胶置于管式炉中，在N2条件下进行炭化，N2流量100~140ml/min，190min升温至760~950℃，升温速率4~5℃/min，在760~950℃条件下保持4~5h，待温度冷却至室温，制得炭气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种高温煤气脱硫剂载体炭气凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将间苯二酚与甲醛以1:1.5~1:2.5的摩尔比溶于去离子水中，将碳酸钠作为碱性催化剂溶于水中，碳酸钠与间苯二酚摩尔比为10:1~1000:1；2）将所得溶液在室温下搅拌6~10h，得到有机水溶胶；3）将所得有机水溶胶放入密闭容器中，在25℃大气条件下静置1天，在50℃的恒温条件下水浴加热1天，80℃的恒温条件下水浴加热3天；4）将步骤3）获得的溶胶捣碎，用无水...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴江，张元安，关昱，许卫星，曲晨昊，赵丽丽，何平，张逸君，周天一，朱凤林，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31