从电子、分子水平上阐明
氧化铁脱硫剂催化转化在脱硫及再生过程中的热力学和动力学机理,得出以下主要结论:
关于H2S与
氧化铁脱硫剂的脱硫过程,主要存在生成H2和生成H2O两条脱硫路径。研究表明:这两条脱硫路径是竞争性的。在脱硫过程中,
氧化铁脱硫剂起到了两种作用:一方面,在H2S的解离过程中,
氧化铁脱硫剂起催化剂作用并生成H2;另一方面,在生成H2O的路径中,两个氢原子夺取了
氧化铁脱硫剂表面的O原子,同时S原子填补了被夺取的O原子所在的位置,
氧化铁脱硫剂参与了反应,起到了反应物的作用;
经过两条不同的脱硫路径会产生两种硫化表面,在生成H2的路径中,S原子吸附在a-Fe2O3(0001)表面的Fe顶位,我们称之为“硫吸附表面”,在生成H2O的路径中,a-Fe2O3(0001)表面的O原子被S原子替代导致脱硫剂的降解,我们称之为“含硫表面”;
无论脱硫过程生成的产物是H2还是H2O,H2S在表面的解离是脱硫过程中所经历的共同步骤。在脱硫过程中含硫表面的形成会导致H2S脱硫剂表面的解离活化能垒升高,对脱硫过程不利。在脱硫剂表面掺杂第二金属Co、Cu和Zn可以有效的降低H2S在
氧化铁脱硫剂表面解离的活化能,有利于脱硫过程的进行;
氧化铁表面的原子空缺会影响其脱硫性能。表面Fe空缺的存在可以有效的降低H2S解离的活化能,有利于脱硫过程的进行,而表面O空缺的存在导致表面金属活性位消失,对脱硫过程不利;
O2气氛不仅可以再生硫化的脱硫剂,还可以修补
脱硫剂表面的O空缺。
氧化铁脱硫剂两种硫化表面都存在两条相互竞争的再生路径,且其步骤都是O2的解离。因此,降低O2解离的活化能有利于再生过程的进行。另外在O2的气氛下,表面O空缺的修补很容易。因而在O2气氛下再生,可有效的改善
氧化铁脱硫剂的脱硫性能。