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活性炭烟气脱硫脱氮技能的现状与研讨

2017-07-26 09:11:18 益达滤材 阅读

    中国大多数火电厂面临着加强操控SO2 和NOX排放标题。现在约束推行脱硫脱氮技能的首要要素是初出资大、运转费用高、治污产品使用难、存在必定程度的二次污染。活性炭吸附法脱硫脱氮技能具有可以完成治污产品资本化使用,脱硫脱氮功率高级长处,被认为是一种有开展前景的脱硫脱氮技能。在各种烟气管理办法中,活性炭吸附法是唯逐个种能脱除烟气中每一种杂质的办法,其间包含SO2、氮氧化物、烟尘粒子、汞、二恶英、呋喃、重金属、蒸发分有机物及其他微量元素。开展此类烟气脱硫脱氮技能,有用操控中国燃煤SO2 和NOX排放,关于国民经济的可持续性开展含义重大。


1、活性炭脱硫脱氮原理
1.1 活性炭脱硫原理
    活性炭对SO2 的吸附包含物理吸赞同化学吸附。当烟气中无水蒸汽和氧气存在时,首要发作物理吸附,吸附量较小。当烟气中含有足量水蒸汽和氧,活性炭法烟气脱硫除尘器是一个化学吸赞同物理吸附一起存在的进程,首要发作的是物理吸附,然后在有水和氧气存在的条件下将吸附到活性炭外表的SO2 催化氧化为H2SO4 ,二氧化硫的吸附量增大。
1.2 活性炭脱氮原理
    使用活性炭脱氮的技能可以分为吸附法、NH3 选择性催化还原法和火热炭还原法。吸附法是使用活性炭的微孔构造和官能团吸附NOx,并将反响活性较低的NO氧化为反响活性较高的NO2。关于活性炭吸附NOx 的机理,研讨职员还存在较大的不合。NH3 选择性催化还原法是使用活性炭吸附NOx ,下降NOx与NH3 的反响活化能,前进NH3 的使用率。火热炭还原法是在高温下使用炭与NOx反响天然生成CO2 和N3。其长处是不需求催化剂,固体炭质价格便宜,来源广,反响天然生成的热量可以回收使用。可是动力学研讨标明,O2与炭的反响先于NOx与炭的反响,故烟气中O2 的存在使炭的消耗量增大。


2、机理性研讨
2. 1 有H2O 存在时的活性炭脱硫反响进程活性炭法烟气脱硫不同于其他的烟气脱硫技能,是以传统的微孔吸附原理为理论基础的一门技能。可是,这种吸附效果与常用的工业吸附净化水的技能有着很大的区别,因为涉及到多组分物质的吸附传质,使其吸附效果十分杂乱。在有水存在的条件下,在活性炭外表附近、外表上、中孔大孔内以及微孔内,均也许构成水、水蒸汽、SO2、SO32- 、SO42-等多种组分的杂乱混合体,这些分子或离子的存在和数目,或可推进吸附功能的前进,也有也许制约活性炭的吸附才能。H2O的参加从根本上改动了SO2在炭外表的反响机理,有关详细反响进程的假设议论纷纷。
L izzio、Mochida、Cazorla - Amoros等认为SO2 和O2 存在竞赛活性位的景象,在也许存在的3种氧化反响中,只要下式可以顺利进行 : C - SO2 + O2 +C →C - SO3 + C - O,即只要气态的氧才可以与吸附态的SO2反响。Tamura则认为H2O、SO2 和O2 分子可被活性炭吸附,只要它们之间满意满足近的距离和必定的空间构型,彼此之间就可直接反响,并终极天然生成H2 SO4 。在这种理论模型中,氧化反响式为: C - SO2 + C - O →C - SO3 + C
上式为反响的操控进程,而其余进程的反响都依托于该反响的顺利进行。
Zawadzki等认为H2 O 的参加改动了SO2 在炭外表的反响机理,在无H2O的条件下,氧化反响不能进行 。在有水存在的条件下,活性炭外表的吡喃酮官能团和离域π电子均会与H2 O分子反响天然生成H2 O2 , 而H2 O2 可以将SO2 溶于水后构成的H2 SO2 氧化变成H2 SO4 。刘义等通过多年深进详尽的理论剖析和试验研讨 ,认为在有水存在的条件下,有用吸附位的数目并非是由微孔容积和微孔数
量决议的,微孔填充理论并不适用于水洗脱附条件下的活性炭脱硫, Tamura机理和Lizzio理论均不适用于此种技能, Zawadzi的理论剖析是一种较为公道的解释,活性炭外表应遵从以下反响式:
SO2 ·H2 O +H2O2 →2H++ SO2-4 +H2O
2. 2 活性炭选择性吸附SO2 和NOx
    唐强对活性炭脱硫脱氮功能和机理以及SO2和NOx 在活性炭上竞赛吸附的机理进行了深进的研讨。以高纯度的SO2、空气和水蒸汽的混合气体来模仿实践工业烟气,研讨标明,活性炭对SO2的吸附首要是化学吸附,活性炭具有较高的脱硫功率,脱硫功率大于96%。以高纯度的NOx 、空气和水蒸汽的混合气体来模仿实践工业烟气,研讨标明,活性炭对NOx 的吸附包含物理吸赞同化学吸附,在气流中无SO2 气体存在的条件下,活性炭具有较高的脱氮功率,活性炭抵达动态吸附平衡时,脱氮功率大于75%。
以高纯度的SO2、NOx 、空气和水蒸汽的混合气体来模仿实践工业烟气,研讨标明,气流中一起存在SO2 和NOx 时,活性炭吸附SO2 的容量和吸附饱满时刻添加,而脱硫功率、吸附速度和吸顺便长度改动很小。因为物理吸附的NOX 被SO2 置换解析,活性炭吸附NOx 的容量和动态吸附平衡时刻急剧下降,脱氮功率很低,NOx 的吸顺便长度添加,吸附速度下降。SO2 和NOx 都不会独自占有活性吸附基地,而是共同存在于活性吸附基地。活性炭优先选择性吸附SO2 ,物理吸附的NOx 被SO2 置换解析。化学吸附的NOx 可以推进活性炭对SO2 的吸附。SO2 也可以推进活性炭对NOx 的吸附。


3、活性炭吸附功能的研讨
活性炭法烟气脱硫除尘器技能大的标题即是活性炭的吸附容量有限,因此吸附剂使用量较多,致使吸附器体积巨大。假如要减小占地面积,则气流速度过高,而且需求添加床层厚度,致使过大的活动阻力,因此,许多研讨者致力于研讨怎么前进活性炭的吸附容量。一起,关于活性炭吸附功能衰减的标题也有有关研讨。
3. 1 前进活性炭吸附容量
研讨者首要通过2类办法来前进活性炭的吸附容量:一是通过改进活性炭外表化学特性;二是改进其孔隙构造。现在已研讨出的新式活性炭有活性炭纤维(ACF) 、糠醛渣活性炭、含碘活性炭、含氮活性炭等。
含碘活性炭是以碘为活性组分,使活性炭具有较强的催化氧化功能,因此吸附功能增强。可是,该活性炭在运转进程中会出现碘丢失,使运转本钱添加,一起会影响其寿数以及体系的安稳运转。含氮活性炭同样具有必定的催化氧化功能,且不存在氮的丢失标题,但因为活性态的氮衰减,使得该活性炭寿数缩短。糠醛渣活性炭由玉米芯制糠醛的废物经改性后制得,改性后的糠醛渣活性炭具有更强的吸赞同催化氧化才能,因此无须添加任何活性组分,且其本钱低,受工况改动的影响小。 ACF由有机纤维炭化、活化而制得,虽然生产工艺杂乱, ACF在综合功能上优于通常的柱状活性炭( GAC) 。ACF巨大的外外表积添加了吸附剂与吸附质的触摸面积,使其吸附才能大大前进。另外, ACF外表的含氮官能团对N、S化合物表现出共同的吸附才能。刘义通过试验将ACF与GAC的各项特性进行了比照,
结果标明,ACF的吸附系数比GAC前进16. 6倍,吸附剂的使用量削减94%以上,损耗削减到GAC的1 /14,脱附功率挨近100%。以CF为工质,下降了弥补新工质的次数,大大削减了吸附剂用量,下降了设备的出资和运转费用。综上所述,ACF在技能经济上具有必定的优胜性。
3. 2 活性炭吸附功能衰减
活性炭法的一个优胜之处是吸附剂的再生,再生进程首要有加热脱赞同水洗刷脱附2种方法。加热脱附进程中,残留吸附量很小,通常只要1%~5%的残留吸附量。可是加热温度较高时,活性炭会发作部分烧损、微孔构造改动等景象,终极致使活性炭吸附容量下降。
活性炭法中所指的吸附容量并不是在满足的时刻内,纯吸附质环境下测得的吸附剂的静态吸附容量,而是受许多要素制约的动态吸附容量,即活性炭通过反复吸附- 脱附今后抵达的平衡吸附容量。刘义和唐强对水洗刷脱附条件下的活性炭动态吸附容量进行了详细的试验研讨与理论剖析,指出通过10次以上吸- 脱附循环,吸附剂的吸附功能会抵达安稳值,吸附功能衰减首要由深层活性基地的失效、吸附滞后和水洗刷脱附3方面的要素致使。关于水洗刷脱附进程,残留吸附容量较大是活性炭动态平衡吸附容量下降较快的根本原因 。


4、结束语
现在,活性炭法脱除燃煤烟气中氮氧化物还没有抵达工业实践使用水平,活性炭吸附氮氧化物的功能、吸附反响机理,好脱氮条件等还有待进一步研讨。活性炭法烟气脱硫已有了成功使用的实例,可是仍有许多标题有待研讨,例如温度、水等对活性炭吸附功能的影响规则以及脱硫的好条件等。开发新式活性炭(添加强度和吸附容量) 、下降活性炭再生的能耗、改进脱附方法、有用前进脱附功率是活性炭法的进一步研讨方向。


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