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《四川大学》 2003年
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微波改性活性炭及其脱硫特性研究

蒋文举  
【摘要】: 活性炭烟气脱硫是一种高效资源化的烟气脱硫工艺,它不但可以消除烟气SO_2的污染,而且还可以回收硫资源,是当前研究开发的重要脱硫方法。活性炭吸附催化氧化SO_2的性能及再生技术是该工艺的关键,一直是国内外科技人员研究的重要课题。本文主要对微波新技术在脱硫活性炭改性和再生中的应用进行了深入研究,以期找到一种经济有效的脱硫活性炭的改性方法和再生技术。 在微波场中考察了微波功率、活性炭量、载气流量等对活性炭升温行为的影响。微波场中活性炭的升温行为可分为快速升温(大约60s左右)和升温缓慢两阶段,大约120s后到达高温平台。该温度主要取决于微波功率,活性炭量只对升达最高温度有影响,对升温速率基本没有影响,载气流速对活性炭的升温影响较小。活性炭在微波场中的升温行为可以用对数式和二次多项式来描述。 通过微波在不同微波功率、作用时间对不同粒径活性炭进行改性,对改性前后活性炭孔隙结构、表面基团、元素组成、微晶结构的变化进行了测试,表明微波处理使活性炭比表面积变化不大,孔容稍有缩小,主要变化发生在中孔范围,孔径分布变化不大,只是向小孔方向发生稍微的移动,活性炭基本微晶增大,石墨化程度提高。微波加热使活性炭表面含氧官能团以CO_x形式分解,微波强度越大,氧含量越少,炭中以吡咯氮形式存在的氮元素含量增加。 通过比较微波改性活性炭前后的吸附脱硫能力,结合它们的表面物理和化 学性质的变化分析,确认微波改性活性炭的脱硫性能有显著提高,其作用机理 在于微波处理后,活性炭表面微观形貌发生了较大的变化,化学基团发生分解, 碱性特征增强,表面含氧量减少,以CO形式释出的含氧官能团分解后产生的 活性部位和毗咯氮官能团数量增加,吸附502的表观活化能降低。通过微波和 电加热改性活性炭的对比研究发现:在微波改性活性炭的过程中,除了微波热 效应之外,还存在有微波的非热效应,使活化过程速率增强、降低反应活化能 等,从而使微波改性活性炭具有更高的脱硫能力。 应用正交实验研究了微波功率、辐照时间、活性炭粒径对微波改性活性炭 脱硫效果的影响,显示微波功率是决定改性活性炭502吸附容量的关键因素, 微波功率的增加可以加强改性活性炭的502吸附能力,辐照时间对活性炭改性 的影响在4一smin内突出,活性炭粒径越小,改性效果越好,对50:吸附容量 也越大。 对502动态吸附实验表明,微波改性活性炭使脱硫效率提高,502吸附容量 增大,穿透时间延长。进口502浓度越高,气速越低,穿透时间越长,502吸附 容量越大。脱硫最佳操作温度为60℃一80℃。烟气中02和水蒸气对改性活性炭 吸附502的产生重要影响,应根据实际情况调节其含量。 建立了微波改性活性炭固定床吸附过程的一维数学模型,测定了NZ一姚一 50,体系中502在微波改性活性炭上等温吸附的总传质系数,由K。和q/qco的关 系曲线可知,吸附过程属于多步骤联合控制。利用模型模拟了微波改性活性炭 床层上502穿透曲线,模拟计算和实验测定基本一致。表明提出的模型具有一 定的准确性,可供装置设计或工艺计算时参考。 最后,采用微波技术对饱和含硫活性炭进行了再生实验,结果表明在较低 的微波强度下可以获得高浓度的502气体和回收率,微波再生时间极短,在微 波功率150W,3005内即可解吸完全。活性炭量越大,载气流量越小,微波功 率越大,越有利于 502出口浓度的提高。
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