توصيفگر ها :
حذف سولفور , جاذب , اكسيد روي , سولفيد هيدروژن
چكيده فارسي :
در اين پژوهش با هدف بهبود كارايي جاذب اكسيد روي مورد استفاده در صنايعي مثل فولاد، منگنز بهعنوان يك بهبوددهنده به تركيب آن اضافه شد. در شركت فولاد مباركه اصفهان، سنگآهن كه حاوي ناخالصيهايي مثل گوگرد است، پس از طي مراحل مختلف و تبديل به گندله، در واحد احياي مستقيم در تماس مستقيم و متقابل با گاز فرآيند قرار ميگيرد و عمليات احيا درون كوره انجام ميشود. گاز فرآيند حاصل از شكست متان روي بستر كاتاليستي در لولههاي ريفورمر بوده و عمدتاً شامل هيدروژن و مونوكسيد كربن است. در حين فرآيند احياي گندله درون كوره، گوگرد موجود در گندله به شكل هيدروژن سولفيد وارد تركيب گاز ميشود كه در بازگشت به ريفورمر، موجب مسموميت كاتاليستها و كاهش كارايي توليد گاز احيايي ميگردد. براي حذف اين تركيب، از جاذب اكسيد روي استفاده ميشود كه دماي بهينه عملكرد آن معمولاً بين 350 تا 370 درجه سلسيوس است، در حاليكه دماي تركيب گاز برگشتي و گاز طبيعي بهعنوان گاز خوراك بايد بيش از 400 درجه باشد. در اين تحقيق، جاذب اكسيد روي با افزودن درصدهاي مختلف منگنز (4، 8، 12 و 16 درصد وزني) به روش آغشتهسازي با محلول نيترات روي چهارآبه اصلاح شد و پس از خشككردن، دانهبندي و انجام فرايند كلسيناسيون، آزمونهاي XRD، BET، FESEM و EDS انجام گرفت. نتايج نشان داد كه منگنز با موفقيت در ساختار جاذب وارد شده است. بررسي جذب هيدروژن سولفيد در دماهاي 370 و 420 درجه سلسيوس نشان داد كه در دماي 370 درجه، نمونه بدون منگنز و نمونههاي حاوي 4، 8، 12 و 16 درصد بهترتيب جذب 58/32، 45/27، 3/31، 5/29 و 28 گرم به ازاي صد گرم جاذب داشتند. نمونه داراي 8 درصد منگنز كه بالاترين سطح ويژه (88/31 متر مربع بر گرم) و درصد جذب در بين نمونههاي اصلاح شده را داشت، براي آزمون در دماي بالاتر انتخاب شد. در دماي 420 درجه سلسيوس، درصد جذب جاذب اكسيد روي بدون پروموتر 34 و براي نمونه اصلاحشده با 8 درصد منگنز 32 بود، اما زمان رسيدن به حالت اشباع در جاذب اصلاحشده بيشتر بود كه نشان از پايداري و كارايي بهتر آن در دماي بالاتر داشت. در مجموع، نتايج نشان دادند كه افزودن منگنز به اكسيد روي موجب بهبود ساختار جاذب و افزايش پايداري عملكرد آن در دماهاي بالا ميشود و اين اصلاح منجر به افزايش زمان اشباع حذف هيدروژن سولفيد ميشود اما درصد جذب بهبود پيدا نكرد.
چكيده انگليسي :
In this study, manganese was added as a promoter to zinc oxide adsorbent with the aim of improving its performance in industrial applications such as the steel industry. At Mobarakeh Steel Company of Esfahan, iron ore containing impurities such as sulfur undergoes several processing stages and is converted into pellets, which are then fed into the direct reduction unit, where they come into direct contact with the process gas inside the furnace and undergo reduction. The process gas is produced by methane reforming over a catalytic bed within reformer tubes and mainly consists of hydrogen and carbon monoxide. During the reduction of pellets inside the furnace, the sulfur content in the pellets reacts to form hydrogen sulfide, which enters the gas mixture. When this gas is recycled to the reformer, the presence of hydrogen sulfide poisons the catalysts and reduces the efficiency of the reducing gas production. Zinc oxide adsorbents are used to remove this contaminant, and their optimal operating temperature is typically between 350 and 370 °C, while the temperature of the recycle gas and the natural gas feed should be higher than 400 °C. In this research, the zinc oxide adsorbent was modified by adding different weight percentages of manganese (4, 8, 12, and 16 wt%) using the impregnation method with zinc nitrate tetrahydrate solution. After drying, sieving, and calcination, the adsorbents were characterized using XRD, BET, FESEM, and EDS analyses. The results confirmed the successful incorporation of manganese into the adsorbent structure. Hydrogen sulfide adsorption tests were conducted at 370 °C and 420 °C. At 370 °C, the adsorption capacities for the unpromoted sample and the Mn-promoted samples containing 4, 8, 12, and 16 wt% manganese were 32.58, 27.45, 31.3, 29.5, and 28 gram of adsorbate per 100 gram of adsorbent, respectively. The sample containing 8 wt% Mn, which had the highest specific surface area (31.88 m²/g) and adsorption capacity among the modified samples, was selected for further testing at higher temperature. At 420 °C, the adsorption capacities of pure ZnO and the 8 wt% Mn-modified adsorbent were 34 and 32(gram of adsorbate per 100 gram of adsorbent), respectively. Although the overall adsorption percentage did not improve, the modified adsorbent exhibited a longer time to reach saturation, indicating enhanced stability and better performance at elevated temperatures. Overall, the results demonstrated that adding manganese to zinc oxide improves the structural stability of the adsorbent and its durability at high temperatures. The modification increased the breakthrough and saturation times for hydrogen sulfide removal but did not enhance the total adsorption capacity.