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粉状活性炭循环流化床吸附脱除烟气中SO_2——粉状活性炭厂家

作者 Admin 浏览 发布时间 17/07/13

在各种烟气脱硫技术中,活性炭吸附脱硫是一种可资源化的烟气脱硫技术,该工艺可以同时脱除烟气中的NOx、HCl、HF、二噁英、重金属等污染物,有着广阔的发展和应用前景。然而,目前的活性炭移动床吸附-加热再生法存在反应器体积庞大、占地面积大、设备投资高的问题。同时,移动床炭法脱硫工艺采用机械强度高的定型活性炭,工业应用的Φ5~9mm直径的柱状活性焦内扩散阻力大,内表面利用率低,同时在活性焦输送过程中因破碎、磨损造成机械损失,引起炭的损耗,并且移动床用活性焦的制作工艺复杂,存在成本高、运行费用高的缺点。以此为背景,本文提出了一种新型的吸附反应装置-循环流化床吸附反应器,流化床吸附塔具有传热、传质性能优良,气固混合均匀,压降低以及处理量大的优点,并且采用粉状活性炭,能够解决颗粒活性炭磨损的问题,同时可简化活性炭的制作工艺。本文从吸附平衡、吸附热力学和表观吸附动力学角度分析了烟气中S02在粉状活性炭上的吸附过程和机理;通过详细表征粉状活性炭的物理化学性质和对SO2吸附性能进行测试,分析了活性炭的孔隙结构和表面化学性质对SO2吸附性能的影响,为粉状活性炭的开发提供理论基础;建立了低温沉降炉吸附实验台,探讨了粉状活性炭对烟气中SO2的沿程吸附特性;建立了循环流化床吸附脱硫的小试实验台,研究了操作条件和运行参数对粉状活性炭脱硫性能的影响,为工业应用提供理论依据和基础支持。 本文首先基于恒温固定床反应系统,考察了活性炭粒径、SO2体积分数、吸附温度对活性炭吸附脱除烟气中SO2的影响,从吸附平衡、吸附热力学和表观吸附动力学角度分析了烟气中SO2在粉状活性炭上的吸附特性。研究发现,活性炭吸附S02在初始阶段呈现较快的吸附速率,该阶段SO2吸附速率和表面吸附有关;随着吸附的进行,表面活性位逐渐被占据,SO2需要扩散到活性炭内部微孔中的活性位上发生吸附,活性炭的吸附速率急剧下降,粒内扩散起着主要作用;在接近吸附饱和阶段,SO2吸附量增加缓慢直至吸附平衡,该阶段与H2SO4的脱附有关,Bangham吸附动力学模型可以较好地预测SO2在活性炭上的动态吸附过程。与2mm粒径的颗粒活性炭相比,0.075mm粒径的粉状活性炭呈现较快的SO2吸附速率和较高的平衡吸附量;随着SO2体积分数的增加,SO2初始吸附速率和平衡吸附量逐渐增加,SO2在粉状活性炭上的吸附平衡符合Freundlich吸附等温线模型与Langmuir吸附等温线模型;吸附热力学研究表明,SO2在粉状活性炭上的吸附自由能变△G、吸附焓变AH、吸附熵变△S均为负值,该过程是一个自发、放热、熵降低的过程,升温不利于SO2的吸附。 选择5种不同的粉状活性炭,由N2吸附等温线,通过DR方程、as-plot方法、HK方法、BJH方法、DFT方法、孔隙分形维数对活性炭的孔隙结构进行了表征;通过元素分析、Boehm滴定、热重分析及FT-IR表征了活性炭表面化学性质;在固定床反应系统上对粉状活性炭的脱硫性能进行了测试。研究发现:由于原材料和活化方法不同,5种粉状活性炭具有不同的孔隙结构和表面化学性质,粉状活性炭YAC、CAC1微孔孔径分布较窄,小孔径微孔所占比例较大,而活性炭WAC、 CAC2、CAC3微孔孔径分布相对较宽;粉状活性炭WAC、CAC1、CAC3具有一定量的中孔或大孔,而活性炭YAC、CAC2具有极少的中孔或大孔;活性炭WAC表面含有较多的O元素,主要以羧基、内酯基、酚羟基等酸性含氧官能团的形式存在,活性炭YAC、CAC1表面含有较多的碱性官能团;不同的粉状活性炭呈现不同的SO2吸附速率和饱和吸附量。粉状活性炭对SO2的吸附性能与其比表面积、孔隙容积等不直接相关,微孔孔径分布对活性炭的脱硫性能具有一定影响,活性炭表面官能团的种类和数量对其脱硫性能具有很大影响,碱性官能团的数量与其脱硫性能表现出较好的正相关性。 基于固定床研究结果,搭建了低温沉降炉实验台,研究了粉状活性炭对烟气中SO2的沿程吸附特性,建立了表观沿程吸附动力学模型。结果表明:在初始阶段,SO2迅速被粉状活性炭吸附,随着沿程增加,粉状活性炭对SO2的吸附速率急剧降低,脱硫效率缓慢增加;碳硫摩尔比对SO2的吸附影响很大,随着碳硫摩尔比的增大,脱硫效率逐渐提高,但SO2的初始吸附速率逐渐降低,8O2吸附量逐渐减少;粉状活性炭对S02的吸附性能随温度的升高而下降;随着SO2体积分数的增加,活性炭的脱硫效率逐渐下降,但在粉状活性炭给料速率相同的情况下,SO2的初始吸附速率和吸附量逐渐增加;烟气中的O2、H2O有利于粉状活性炭对SO2的吸附;粉状活性炭的循环利用对于提高脱硫效率,降低活性炭用量,提高活性炭的利用率,起着非常重要的作用。在低温沉降炉上,模拟了粉状活性炭的循环倍率对脱硫效率的影响,随着粉状活性炭循环倍率的增加,脱硫效率逐渐增加,粉状活性炭的循环利用可实现对烟气中SO2的高效脱除;在低温沉降炉反应系统上,粉状活性炭对SO2的沿程动态吸附过程可以用Bangham吸附动力学模型描述。 建立了循环流化床吸附脱硫的小试实验系统,对粉状活性炭在流化床内的脱硫性能进行了考察,研究了碳硫摩尔比、反应温度、水蒸气体积分数等操作条件和运行参数对脱硫效率的影响规律,对粉状活性炭的循环吸附特性及吸附动力学进行了分析。研究表明:碳硫摩尔比对粉状活性炭的脱硫效率影响很大,随着碳硫摩尔比的增加,脱硫效率逐渐增加,但活性炭对SO2的吸附量逐渐减少,不同粉状活性炭呈现出不同的脱硫效率及变化趋势,与其具有不同的孔隙结构及表面化学性质有关;水蒸气浓度的增加有利于活性炭脱硫效率的提高;在60℃以上的温度区间(60~75℃),脱硫效率随温度的升高而下降,在60℃以下的温度区间(40~60℃),脱硫效率随着温度的降低变化不大;在循环吸附过程中,粉状活性炭具有较高的初始吸附速率,随着吸附时间的增加,吸附速率迅速衰减;粉状活性炭在循环流化床内对SO2的吸附动力学可用Bangham吸附动力学模型描述。