粉末活性炭循環(huán)流化床吸附脫除煙氣中SO2的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在各種煙氣脫硫技術(shù)中，活性炭吸附脫硫是一種可資源化的煙氣脫硫技術(shù)，該工藝可以同時(shí)脫除煙氣中的NOx、HCl、HF、二噁英、重金屬等污染物，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。然而，目前的活性炭移動(dòng)床吸附_力口熱再生法存在反應(yīng)器體積龐大、占地面積大、設(shè)備投資高的問題。同時(shí)，移動(dòng)床炭法脫硫工藝采用機(jī)械強(qiáng)度高的定型活性炭，工業(yè)應(yīng)用的φ5～9mm直徑的柱狀活性焦內(nèi)擴(kuò)散阻力大，內(nèi)表面利用率低，同時(shí)在活性焦輸送過程中因破碎、磨損造成機(jī)械損失，引起炭的損耗，并

2、且移動(dòng)床用活性焦的制作工藝復(fù)雜，存在成本高、運(yùn)行費(fèi)用高的缺點(diǎn)。以此為背景，本文提出了一種新型的吸附反應(yīng)裝置.循環(huán)流化床吸附反應(yīng)器，流化床吸附塔具有傳熱、傳質(zhì)性能優(yōu)良，氣固混合均勻，壓降低以及處理量大的優(yōu)點(diǎn)，并且采用粉末活性炭，能夠解決顆?；钚蕴磕p的問題，同時(shí)可簡(jiǎn)化活性炭的制作工藝。本文從吸附平衡、吸附熱力學(xué)和表觀吸附動(dòng)力學(xué)角度分析了煙氣中SO2在粉末活性炭上的吸附過程和機(jī)理；通過詳細(xì)表征粉末活性炭的物理化學(xué)性質(zhì)和對(duì)SO2吸附性能進(jìn)行測(cè)

3、試，分析了活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)SO2吸附性能的影響，為粉末活性炭的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)；建立了低溫沉降爐吸附實(shí)驗(yàn)臺(tái)，探討了粉末活性炭對(duì)煙氣中SO2的沿程吸附特性；建立了循環(huán)流化床吸附脫硫的小試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究了操作條件和運(yùn)行參數(shù)對(duì)粉末活性炭脫硫性能的影響，為工業(yè)應(yīng)用提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)支持。
　　 本文首先基于恒溫固定床反應(yīng)系統(tǒng)，考察了活性炭粒徑、SO2體積分?jǐn)?shù)、吸附溫度對(duì)活性炭吸附脫除煙氣中SO2的影響，從吸附平衡、吸附熱力

4、學(xué)和表觀吸附動(dòng)力學(xué)角度分析了煙氣中SO2在粉末活性炭上的吸附特性。研究發(fā)現(xiàn)，活性炭吸附SO2在初始階段呈現(xiàn)較快的吸附速率，該階段SO2吸附速率和表面吸附有關(guān)；隨著吸附的進(jìn)行，表面活性位逐漸被占據(jù)，SO2需要擴(kuò)散到活性炭?jī)?nèi)部微孔中的活性位上發(fā)生吸附，活性炭的吸附速率急劇下降，粒內(nèi)擴(kuò)散起著主要作用；在接近吸附飽和階段，SO2吸附量增加緩慢直至吸附平衡，該階段與H2SO4的脫附有關(guān)，Bangham吸附動(dòng)力學(xué)模型可以較好地預(yù)測(cè)SO2在活性炭上的

5、動(dòng)態(tài)吸附過程。與2mm粒徑的顆?；钚蕴肯啾龋?.075mm粒徑的粉末活性炭呈現(xiàn)較快的SO2吸附速率和較高的平衡吸附量；隨著SO2體積分?jǐn)?shù)的增加，SO2初始吸附速率和平衡吸附量逐漸增加，SO2在粉末活性炭上的吸附平衡符合Freundlich吸附等溫線模型與Langmuir吸附等溫線模型；吸附熱力學(xué)研究表明，SO2在粉末活性炭上的吸附自由能變△G、吸附焓變△H、吸附熵變△S均為負(fù)值，該過程是一個(gè)自發(fā)、放熱、熵降低的過程，升溫不利于SO2的吸

6、附。
　　 選擇5種不同的粉末活性炭，由N2吸附等溫線，通過DR方程、αs-plot方法、HK方法、BJH方法、DFT方法、孔隙分形維數(shù)對(duì)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征；通過元素分析、Boehm滴定、熱重分析及FT-IR表征了活性炭表面化學(xué)性質(zhì)；在固定床反應(yīng)系統(tǒng)上對(duì)粉末活性炭的脫硫性能進(jìn)行了測(cè)試。研究發(fā)現(xiàn)：由于原材料和活化方法不同，5種粉末活性炭具有不同的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，粉末活性炭YAC、CAC1微孔孔徑分布較窄，小孔徑微孔

7、所占比例較大，而活性炭WAC、CAC2、CAC3微孔孔徑分布相對(duì)較寬；粉末活性炭WAC、CAC1、CAC3具有一定量的中孔或大孔，而活性炭YAC、CAC2具有極少的中孔或大孔；活性炭WAC表面含有較多的O元素，主要以羧基、內(nèi)酯基、酚羥基等酸性含氧官能團(tuán)的形式存在，活性炭YAC、CAC1表面含有較多的堿性官能團(tuán)；不同的粉末活性炭呈現(xiàn)不同的SO2吸附速率和飽和吸附量。粉末活性炭對(duì)SO2的吸附性能與其比表面積、孔隙容積等不直接相關(guān)，微孔孔徑分

8、布對(duì)活性炭的脫硫性能具有一定影響，活性炭表面官能團(tuán)的種類和數(shù)量對(duì)其脫硫性能具有很大影響，堿性官能團(tuán)的數(shù)量與其脫硫性能表現(xiàn)出較好的正相關(guān)性。
　　 基于固定床研究結(jié)果，搭建了低溫沉降爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究了粉末活性炭對(duì)煙氣中SO2的沿程吸附特性，建立了表觀沿程吸附動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明：在初始階段，SO2迅速被粉末活性炭吸附，隨著沿程增加，粉末活性炭對(duì)SO2的吸附速率急劇降低，脫硫效率緩慢增加；碳硫摩爾比對(duì)SO2的吸附影響很大，隨著碳硫摩爾

9、比的增大，脫硫效率逐漸提高，但SO2的初始吸附速率逐漸降低，SO2吸附量逐漸減少；粉末活性炭對(duì)SO2的吸附性能隨溫度的升高而下降；隨著SO2體積分?jǐn)?shù)的增加，活性炭的脫硫效率逐漸下降，但在粉末活性炭給料速率相同的情況下，SO2的初始吸附速率和吸附量逐漸增加；煙氣中的O2、H2O有利于粉末活性炭對(duì)SO2的吸附；粉末活性炭的循環(huán)利用對(duì)于提高脫硫效率，降低活性炭用量，提高活性炭的利用率，起著非常重要的作用。在低溫沉降爐上，模擬了粉末活性炭的循環(huán)

10、倍率對(duì)脫硫效率的影響，隨著粉末活性炭循環(huán)倍率的增加，脫硫效率逐漸增加，粉末活性炭的循環(huán)利用可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中SO2的高效脫除：在低溫沉降爐反應(yīng)系統(tǒng)上，粉末活性炭對(duì)SO2的沿程動(dòng)態(tài)吸附過程可以用Bangham吸附動(dòng)力學(xué)模型描述。
　　 建立了循環(huán)流化床吸附脫硫的小試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)粉末活性炭在流化床內(nèi)的脫硫性能進(jìn)行了考察，研究了碳硫摩爾比、反應(yīng)溫度、水蒸氣體積分?jǐn)?shù)等操作條件和運(yùn)行參數(shù)對(duì)脫硫效率的影響規(guī)律，對(duì)粉末活性炭的循環(huán)吸附特性及吸附動(dòng)

11、力學(xué)進(jìn)行了分析。研究表明：碳硫摩爾比對(duì)粉末活性炭的脫硫效率影響很大，隨著碳硫摩爾比的增加，脫硫效率逐漸增加，但活性炭對(duì)SO2的吸附量逐漸減少，不同粉末活性炭呈現(xiàn)出不同的脫硫效率及變化趨勢(shì)，與其具有不同的孔隙結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)性質(zhì)有關(guān)；水蒸氣濃度的增加有利于活性炭脫硫效率的提高；在60℃以上的溫度區(qū)間(60～75℃)，脫硫效率隨溫度的升高而下降，在60℃以下的溫度區(qū)間(40～60℃)，脫硫效率隨著溫度的降低變化不大；在循環(huán)吸附過程中，粉末活性