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储氢材料中固相原子态氢由于具有较高的反应活性,可为有机含硫化合物的加氢脱硫反应提供氢源,使反应条件温和化。本文以氢气反应球磨法制备了镁碳复合储氢材料70Mg30C,以焦炉煤气中一种典型的有机含硫化合物—噻吩为反应物,对储氢材料与噻吩加氢脱硫反应的机理、影响因素进行了探索,并模拟了工业条件下的精脱硫操作。实验过程中综合运用了XRD、SEM、FT-IR、EDS以及p-c-T特性测试、排水法放氢测试装置等分析表征手段,以及气质联用仪、微量硫分析仪、库伦测硫仪等产物分析设备。 实验结果表明,随着温度的升高,储氢材料的放氢速率和放氢量增大。放氢速率和放氢量在250~350℃温度范围内显著增大,这是由于在此温度区间内MgH2大量分解,温度高于350℃时,放氢速率和放氢量接近最大值。相应地,储氢材料在低于250℃时基本不与噻吩发生反应,随着温度的升高,两者逐渐发生反应,首先是反应后气体产物中检测到H2S,继而在储氢材料中检测到MgS,温度继续升高,生成 H2S的量减少,MgS的量增多。说明储氢材料中的氢可脱除噻吩中的S原子并生成H2S,温度的升高有利于反应H2S+Mg→MgS+H2的进行。 最适的加氢脱硫反应时间与温度有关。温度较低时,储氢材料的放氢速率慢,因而应适当延长与噻吩反应所需要的时间;反之则缩短反应时间。因此反应时间当参照储氢材料在不同温度下的放氢规律来确定。温度相同时,在不同的反应时间内得到的储氢材料与噻吩的反应产物不同。实验结果表明,储氢材料中的氢与噻吩中的S先生成H2S,然后H2S与Mg结合生成MgS。 氢气压强对储氢材料与噻吩的反应影响较大,压强不同时,产物不同。当氢气压强低于储氢材料的吸放氢平台压时,储氢材料对噻吩的作用趋向于脱硫剂,即与噻吩反应后生成MgS,使气体中的含硫量减少;当氢气压强高于储氢材料的吸放氢平台压时,储氢材料对噻吩的作用趋向于催化剂,含硫产物以H2S为主。因此,通过控制反应气氛中的氢气压强,可以得到不同的含硫产物。 为模拟工业条件下储氢材料与噻吩反应,特进行连续式反应器中对噻吩的精脱硫测试。结果表明,在350℃、常压条件下,入口噻吩的浓度为24μg/g(vol.),测得出口噻吩的浓度为173 ng/g,噻吩的转化率为99.28%。