载硫活性炭微波再生特性实验研究

摘要

活性炭法烟气脱硫工艺不仅能够高效脱除烟气中的污染物,还可以回收烟气中的硫资源,是一种具有发展前景的可资源化的脱硫工艺,其中活性炭再生是关键步骤。近年来由于微波加热具有整体性、选择性、高效性等优点,已成为活性炭再生研究的热点。目前载硫活性炭的微波再生研究多集中在物理吸附SO2活性炭的再生方面,但在典型脱硫工艺条件下,SO2的脱除为化学吸附,最终以H2SO4形态存在于活性炭孔隙中,对于化学吸附SO2活性炭的微波再生研究尚未开展,本文借助微波辐照再生实验系统和固定床吸附实验系统,以化学吸附SO2后的活性炭为研究对象,探索其在微波场中的再生过程及机理,获得适于SO2再生的操作条件,为微波再生技术的工业应用提供基础数据和理论参考。
　　 本文首先研究了活性炭的微波加热特性,结果表明,活性炭在微波场中升温迅速,微波功率越高,活性炭所到达的最终温度也越高;微波加热活性炭气体产物主要有CO和CO2;微波辐照可以使活性炭比表面积增加,孔容积和微孔平均孔径增大,O含量降低,酸性官能团数量减少,碱性官能团数量增多;100W和200W微波辐照后,活性炭的脱硫性能变化不大,300W和400W辐照后的脱硫性能提高,比表面积对活性炭脱硫性能贡献不大,活性炭表面碱性官能团和以CO形式释放的含氧官能团分解产生的活性位对活性炭脱硫性能产生较大影响。
　　 其次,对活性炭的微波辐照再生进行了研究,结果表明,载硫活性炭的微波再生产物有SO2、CO2和CO,300W和400W功率下,SO2浓度达到峰值的时间不到2min,6min内大部分SO2已经脱附;与常规热再生相比,微波再生迅速,有利于获得高浓度的气体产品,节约惰性气体的消耗。
　　 最后,研究了微波再生对活性炭循环吸附SO2的影响,考察吸附/再生循环对活性炭吸附性能、表面性质、质量损耗的影响。结果表明,微波再生是载硫活性炭再生的有效手段,第一次再生后,除100W功率外,活性炭的吸附容量均大于原始活性炭,且活性炭的吸附量随着微波功率的升高而增大。100W功率再生后活性炭孔隙中没有完全分解的H2SO4阻碍了活性炭对SO2的吸附;200、300、400W功率下,活性炭的表面酸性官能团在高温下基本完全分解,碱性官能团含量上升,因此活性炭的SO2吸附容量明显提高;在合适的再生功率下,经过多次循环吸附/再生后,活性炭仍然保持较高的吸附容量,17次后仍然高于原始活性炭。再生反应起到了活化的作用,使活性炭的孔结构变狭长,微孔比表面积和微孔容积呈上升趋势,同时酸性和碱性官能团基本保持稳定,因此活性炭的SO2吸附容量逐渐增加。同时由于再生过程中存在C与H2SO4的反应,活性炭存在明显的失重现象,300W和400W再生经过17次循环后失重率分别为19％和27.8％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 SO2污染现状及控制技术

1．1．1 我国大气污染形势严峻

1．1．2 二氧化硫的危害

1．1．3 二氧化硫脱除技术简介

1．1．4 我国烟气脱硫技术应用现状及存在的问题

1．2 活性炭法脱硫技术

1．2．1 活性炭脱硫的机理

1．2．2 活性炭脱硫的影响因素

1．2．3 活性炭改性

1．3 活性炭再生技术

1．3．1 活性炭再生发展现状

1．3．2 活性炭微波辐照再生研究现状

1．4 课题研究的内容和意义

1．4．1 课题研究背景和意义

1．4．2 课题研究内容

第2章 实验材料与方法

2．1 实验原料处理与表征

2．1．1 活性炭选择与处理

2．1．2 活性炭的测定与表征

2．2 实验系统与测试方法

2．2．1 活性炭微波再生实验系统

2．2．2 活性炭吸附实验系统

2．2．3 活性炭热再生实验系统

第3章 活性炭微波加热特性的实验研究

3．1 微波场中活性炭升温特性的研究

3．2 微波加热活性炭气体产物分析

3．3 微波辐照对活性炭性质的影响

3．3．1 微波辐照对活性炭孔隙结构的影响

3．3．2 微波辐照对活性炭表面化学性质的影响

3．4 微波辐照对活性炭吸附SO2性能的影响

3．5 微波场中活性炭的失重特性

3．6 本章小结

第4章 载硫活性炭微波辐照再生的研究

4．1 活性炭微波再生产物析出特性

4．1．1 再生产物成分及浓度变化

4．1．2 微波功率对再生速率的影响

4．2 微波再生机理分析

4．2．1 活性炭的再生机理

4．2．2 活性炭的再生率

4．3 再生后活性炭的失重特性

4．4 微波再生与常规热再生比较

4．4 本章小结

第5章 微波再生对活性炭循环吸附SO2的研究

5．1 吸附／再生循环对活性炭吸附性能的影响

5．1．1 对穿透曲线的影响

5．1．2 对吸附总量的影响

5．2 吸附／再生循环对活性炭性质的影响

5．2．1 活性炭孔隙结构的变化

5．2．2 活性炭表面化学性质的变化

5．3 吸附／再生过程中活性炭的失重特性

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

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