液化天然气工艺中高性能金属硫化物纳米汞吸附材料的研发

Effectively removal mercury from natural gas is of great significance of the development of LNG industry in China . As the lack of domestic natural gas mercury adsorbents products and related researches and on the basis of the preliminary explorations, this project uses the hydrothermal synthesis as the main synthesis methods to prepare a series of metal sulfide nanomaterials and metal sulfide nanocomposite mercury adsorbents used in LNG industry . Basing on the characterization analysis of the nanostructure and optimizing of the synthesis conditions , the relationship between the synthesis conditions and the microstructure will be established . Besides , by testing the mercury adsorption ability under the typical LNG condition, the relationship between the microstructure and adsorption ability and the effect of metallic element on mercury adsorption ability will be evaluated. Moreover , by changing the operating conditions, the effect of temperature , gas composition and space velocity on adsorption ability will also studied . Furthermore , thermal regeneration of adsorbents will also be carry out to test renewable adsorption ability. The chemical stability analysis of mercury in absorbents will carry out to evaluate the risk of the metal sulfide absorbents during disposal process and those studies will lay the technical foundation for the application of metal sulfide mercury adsorbents in natural gas liquefaction process.

液化天然气工艺过程中的汞的高效脱除对我国液化天然气产业的发展具有重要意义。鉴于国产天然气脱汞吸附剂的匮乏及相关研究的不足，本项目在前期探索的基础上拟使用以水热合成为主的合成方法，制备金属硫化物纳米汞吸附材料及金属硫化物纳米复合材料。通过表征分析材料微观结构和优化制备工艺条件，建立制备工艺与微观结构之间的关系；通过考察在LNG典型条件下汞的吸附性能，探究微观结构和吸附性能之间的关系和不同金属硫化物纳米材料中金属元素对汞吸附性能的影响机制；通过改变操作条件，探究温度、气相组成和空速等条件对吸附性能的影响机制；此外，对吸附材料进行热再生考察其再生吸附性能，对吸附汞材料进行化学稳定性分析，以评估吸附材料处理处置风险，为该材料走向应用奠定技术基础。

液化天然气工艺过程中的汞的高效脱除对我国液化天然气产业的发展具有重要意义。本研究通过水热合成为主的合成方法，成功制备金属硫化物纳米汞吸附材料、金属硫化物纳米材料与石墨烯及活性炭的复合材料。研究结果表明通过水热合成制备的片状片状CuS、CoS 和MoS2纳米材料具有比载硫活性炭更高的汞吸附量。片状CuS在典型条件下汞吸附量（50%）汞吸附量可达83.57 mg/g，并表现出良好的抗水能力。但表面积较低，吸附容量容易受到有机物的影响。不同形貌的CuS的汞的吸附性能及抗水性能具有显著差异。花球状的汞吸附性量高于片状，但其抗水性能相对较差。5% CuS和3% MoS2与氧化石墨烯的复合材料具有最高的汞吸附容量并表现出良好的抗水性能和热稳定性，300度处理1小时仍能保持86%以上的汞吸附性能。但抗有机物干扰性能仍较差。CuS和MoS2与活性炭的复合材料则表现出了很好汞吸附性能及抗有机物干扰性能力，在25%甲苯存在条件下，50oC汞吸附容量仅降低7%左右。但热稳定较差，CuS/C 材料200oC处理半小时，其汞吸附容量降低约41%。其同样具有优异的汞吸附能力5% CuS/C的汞吸附容量可达10.25 mg/g。吸附条件研究表明，影响材料汞吸附性能的主要是温度，H2S和 有机物浓度。理论计算研究表明，汞易于吸附在CuS纳米汞材料的111面并吸附于S 顶位，并易于吸附于Cu面上。不同金属硫化物纳米材料吸附性能差异主要在于优势暴露面及吸附能上。