微波改性活性炭及其脱硫特性研究

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>的性有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.该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.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吡喀氧官能团数量增加,吸附SO<,2>的表观活化能降低.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SO<,2>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SO<,2>吸附能力,辐照时间对活性炭改性的影响在4~5min内突出,活性炭粒径越小,改性效果越好,对SO<,2>吸附容量也越大.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N<,2>-O<,2>-SO<,2>体系中SO<,2>在微波改性活性炭上等温吸附的总传质系数,由K<,0>和q/q∞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SO<,2>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.

目录

文摘

英文文摘

前言

1活性炭法烟气脱硫工艺及其存在的问题

1.1活性炭法烟气脱硫工艺的基本原理

1.2活性炭法烟气脱硫工艺

1.3活性炭脱硫工艺的问题

2国内外研究现状及本文研究内容

2.1活性炭的表面特性

2.2活性炭的表面改性技术

2.3活性炭再生技术

2.4微波改性活性炭及其再生研究状况

2.5本文的主要研究内容

3微波场中活性炭的升温行为

3.1实验方法及装置

3.2实验结果及讨论

3.3活性炭升温行为的定量描述

3.4小结

4活性炭的微波改性及其表面特性的研究

4.1实验方法

4.2实验结果及讨论

4.2.1微波处理对活性炭孔隙结构的影响

4.2.2微波处理对活性炭基本微晶的影响

4.2.3微波处理对活性炭微结构的影响

4.2.4微波处理对活性炭的元素分析结果

图片

4.2.5微波改性活性炭的能谱分析

4.3小结

5微波改性对活性炭脱硫性能的影响机理

5.1实验部分

5.2微波及电加热处理对活性炭的吸附及脱硫性能的影响

5.3微波改性活性炭提高脱硫能力的机理分析

5.3.1微波改性对活性炭表面物理性能的影响

5.3.2微波改性对活性炭表面化学性能的影响

5.3.3微波改性对活性炭吸附SO2的表观活化能的影响

5.3.4机理分析

5.4微波改性活性炭过程中的非热效应分析

5.5小结

6微波改性操作条件对活性炭脱硫性能的影响

6.1实验部分

6.2正交实验结果

6.3微波改性条件对改性活性炭的性能影响

6.4小结

7微波改性活性炭对SO2的动态吸附特性研究

7.1实验方法

7.2微波改性活性炭的表征结果

7.3 SO2浓度对微波改性活性炭的SO2吸附性能影响

7.4气速对微波改性活性炭的SO2吸附性能影响

7.5温度对微波改性活性炭的SO2吸附性能影响

7.6 O2和水蒸气对微波改性活性炭的SO2吸附性能影响

7.7小结

8微波改性活性炭吸附SO2的数学模型研究

8.1数学模型

8.2模型的求解

8.3参数确定

8.4模型的验证

8.5吸附操作的数学模拟

8.6小结

9载硫活性炭的微波解吸特性研究

9.1载硫活性炭的微波解吸实验

9.2操作条件对SO2解吸浓度的影响

9.3操作条件对SO2回收率的影响

9.4再生次数对脱硫活性炭的吸附性能的影响

9.5操作条件对活性炭损耗量的影响

9.6小结

10结论

参考文献

在读期间主要科研成果

声明

致谢