臺灣博碩士論文加值系統

本研究之目的是為了尋找一種適當的觸媒，希望能有效地將二氧化硫以氫氣還原成元素硫。首先利用含浸法製備各種不同過渡金屬氧化物擔體觸媒，再以微分反應器量測它們的活性並探討各種操作條件對轉化率的影響。而且也以TPR與TPD等分析儀器對觸媒性質進行鑑定，藉以瞭解觸媒組成結構及其性質對活性的影響。
實驗結果顯示觸媒上的活性金屬氧化物、擔體、金屬氧化物促進劑、前處理等，都會影響二氧化硫還原反應。在以γ-Al2O3為擔體之單金屬氧化物（Fe2O3、NiO、MnO2、MoO3、Cr2O3、Co3O4）觸媒中，以NiO/Al2O3觸媒對二氧化硫還原反應具最佳活性，Co3O4/Al2O3觸媒次之。再將硝酸鎳溶液含浸於不同擔體上（γ-Al2O3、SiO2、TiO2、CeO2、La2O3、V2O5、Zeolite-Y），製備各種NiO擔體觸媒，結果也以NiO/Al2O3觸媒活性最佳。由於以Al2O3為擔體之單金屬氧化物擔體觸媒中，Co3O4活性是僅次於NiO氧化物，因此選擇分別以硝酸鎳、硝酸鈷為主軸搭配不同金屬之硝酸鹽溶液，製成各種雙金屬氧化物擔體觸媒，結果發現效果都沒有NiO/Al2O3擔體觸媒來的理想。
以不同鎳含量互相比較，發現NiO/Al2O3觸媒在鎳含量為16 wt﹪時轉化率為最高。若以H2S+H2、H2、He等氣體對NiO/Al2O3觸媒作前處理，發現以通入H2S+H2氣體做為前處理氣體可獲得最佳活化效果。而前處理操作條件的改變及先後順序的變化，對於二氧化硫還原反應亦有相當的影響；我們發現NiO/Al2O3觸媒以先通入H2 8小時再通入H2S+H2 4小時這個前處理操作條件為最佳。
由H2-TPR鑑定NiO/Al2O3和Co3O4/Al2O3兩種觸媒得知，NiO/Al2O3觸媒活性較佳的原因是在較低溫處就有還原波峰出現，表示其在較低溫即可發生還原反應，有助於對二氧化硫還原反應。而以H2-TPD及SO2-TPD分析NiO/Al2O3、Co3O4/Al2O3及γ-Al2O3結果得知，在280∼400℃之間，NiO/Al2O3觸媒對H2和SO2的脫附量比Co3O4/Al2O3及γ-Al2O3來的大，表示NiO/Al2O3觸媒較易吸附（脫附）H2和SO2有助於提高二氧化硫還原反應之轉化率，且為活性較Co3O4/Al2O3觸媒佳之關鍵。

The purpose of this study is for finding a suitable catalyst for the catalytic reduction of SO2 to elemental sulfur with H2 as the reducing agent. First, the wet incipient impregnation was used to prepare the transition metallic oxide support catalysts. Then the activities of the prepared catalysts were evaluated basing on the conversion of SO2 in the packed-bed reactor. The effects of operating conditions on the conversion were also investigated. Finally, the catalysts were characterized with TPR and TPD in order to understand the effects of the composition and structure on the catalytic activities.
The experimental results indicate that active species, supports, promoter（metal oxide）and pretreatment are important factors affecting catalyst activity . NiO/Al2O3 is the most active catalyst among γ-Al2O3 supported single metal oxide catalysts（Fe2O3, NiO, MnO2, MoO3, Cr2O3, Co3O4）. With NiO as the active species , γ-Al2O3 is found to be the most suitable support. The mixed-oxide catalysts are not more active than NiO/Al2O3. In other words, NiO/Al2O3 is the best catalyst among the single- and mixed-oxide catalysts prepared in this study. Comparing the conversion curves with different nickel loadings reveals that the NiO/Al2O3 catalyst with 16 wt﹪Ni is the most active.
As to the pretreatment with various gases, the results show that the above catalysts presulfied by H2S+H2 provide a higher stability and activity than those pretreated by He and H2. In addition, the NiO/Al2O3 catalyst pretreated with H2 for 8 hr followed by the treatment of H2S+H2 for 4 hr results the highest activity.
NiO/Al2O3, Co3O4/Al2O3 and Al2O3 were characterized by H2-TPR. The results indicate that the NiO/Al2O3 catalyst is easier to be reduced at low temperatures than Co3O4/Al2O3 catalyst. Furthermore, from the H2-TPD and SO2-TPD, we know that the amounts of H2 and SO2 desorbed from the NiO/Al2O3 are more than those from the Co3O4/Al2O3 between 280∼400℃. It implies that NiO/Al2O3 catalyst adsorbs（desorbs）more H2 and SO2 than the Co3O4/Al2O3 catalyst does, hence the former has a higher activity.

目錄
中文摘要------------------------------------------------------Ⅰ
英文摘要------------------------------------------------------Ⅲ
致謝----------------------------------------------------------Ⅴ
目錄----------------------------------------------------------Ⅵ
表目錄--------------------------------------------------------Ⅸ
圖目錄--------------------------------------------------------Ⅹ
符號說明----------------------------------------------------ⅩⅡ
主文
第一章 緒論----------------------------------------------------1
1-1 前言---------------------------------------------------1
1-2 研究動機---------------------------------------------------2
1-3 研究目的及論文內容-----------------------------------------3
第二章 文獻回顧------------------------------------------------6
2-1 二氧化硫之性質、主要來源及危害-------------------------6
2-2 二氧化硫減量、還原的處理-------------------------------7
2-3 排煙脫硫技術-------------------------------------------8
2-3-1 活性碳吸附法--------------------------------------8
2-3-2 吸收法--------------------------------------------9
2-3-3 觸媒還原法---------------------------------------10
2-4 觸媒加氫脫硫------------------------------------------11
2-5 二氧化硫加氫還原之反應--------------------------------13
2-6 反應前處理的效應--------------------------------------15
2-7 Claus 製程--------------------------------------------17
2-8 Superclaus Process------------------------------------21
2-9 SCOT（The Shell Claus Offgas Treating）Process--------25
2-10 觸媒還原法處理含二氧化硫之論文回顧-------------------27
第三章 實驗設備與方法-----------------------------------------29
3-1 觸媒製備----------------------------------------------29
3-2 二氧化硫觸媒還原反應----------------------------------30
3-2-1 觸媒還原反應裝置---------------------------------30
3-2-2 實驗氣體與分析儀器-------------------------------32
3-2-3 觸媒活性之測定（二氧化硫還原反應實驗）-----------33
3-2-4 觸媒之篩選----------------------------------------------34
3-3 觸媒物性鑑定------------------------------------------35
第四章 結果與討論---------------------------------------------38
4-1 觸媒活性測試------------------------------------------39
4-1-1 單金屬氧化物擔體觸媒-----------------------------39
4-1-2 改變不同擔體效應---------------------------------43
4-1-3 雙金屬氧化物擔體觸媒-----------------------------45
4-2 不同鎳金屬含量之比較---------------------------------50
4-3 前處理對觸媒活性之影響--------------------------------52
4-3-1 不同前處理氣體對觸媒活性之比較-------------------52
4-3-2 前處理不同操作條件之比較-------------------------54
4-4 觸媒物性鑑定------------------------------------------57
4-4-1 程溫還原（TPR）----------------------------------57
4-4-2 程溫脫附（TPD）----------------------------------61
4-4-2-1 氫氣程溫脫附（H2-TPD）----------------------61
4-4-2-2 二氧化硫程溫脫附（SO2-TPD）-----------------63
第五章 結論與建議---------------------------------------------65
5-1 結論--------------------------------------------------65
5-2 未來研究方向與建議------------------------------------67
參考文獻------------------------------------------------------68

參考文獻
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