文档介绍：山东大学
博士学位论文
粉末活性炭循环流化床吸附脱除烟气中SO2的实验研究
姓名:李兵
申请学位级别:博士
专业:热能工程
指导教师:秦裕琨;马春元
2012-11-30
捅要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、、二嗯英、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谌仍偕ù嬖诜从ζ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~本兜闹椿钚越鼓诶┥⒆枇Υ螅内表面利用率低,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,,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,并且采用粉末活性炭,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在粉末活性炭上的吸附过程和机理;通过详细表征粉末活性炭的物理化学性质和对叫阅芙胁馐裕治隽嘶钚蕴康目紫督峁购捅砻婊灾识許吸附性能的影响,为粉末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,探讨了粉末活性炭对烟气中难爻涛教匦裕唤⒘搜妨骰参酵蚜虻小试实验台,研究了操作条件和运行参数对粉末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、寤质⑽附温度对活性炭吸附脱除烟气中挠跋欤游狡胶狻⑽饺攘ρШ捅砉畚附动力学角度分析了烟气中诜勰┗钚蕴可系奈教匦浴Q芯糠⑾郑钚蕴吸附诔跏冀锥纬氏纸峡斓奈剿俾剩媒锥蜸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,枰@┥⒌交钚蕴磕诓课⒖字械活性位上发生吸附,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,搅吭黾踊郝敝廖狡胶猓媒锥斡際的脱附有关,蕉ρP涂梢越虾玫卦げ釹在活性炭上的动态吸附过程。与>兜目帕;;随着寤质脑黾樱琒初始吸附速率和平摘要
吸附自由能变、吸附焓变宋届乇銩8褐担霉淌且桓鲎苑ⅰ急剧降低,脱硫效率缓慢增加;碳硫摩尔比对奈接跋旌艽螅孀盘剂蚰衡吸附量逐渐增加,诜勰┗钚蕴可系奈狡胶夥螰降任孪模型与吸附等温线模型;吸附热力学研究表明,诜勰┗钚蕴可系放热、熵降低的过程,升温不利于奈健选择植煌姆勰┗钚蕴浚蒒降任孪撸ü鼶匠獭。椒ā椒ā方法、椒ā⒖紫斗中挝曰钚蕴康目紫督峁菇辛吮碚鳎通过元素分析、味ā⑷戎胤治黾癋表征了活性炭表面化学性质;在固定床反应系统上对粉末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,址勰┗钚蕴烤哂胁煌目紫督峁购捅砻婊灾剩勰┗性炭⒖卓拙斗植冀险】拙段⒖姿急壤洗螅钚蕴縒、、微孔孔径分布相对较宽;粉末活性炭哂幸定量的中孔或大孔,而活性炭哂屑俚闹锌谆虼罂祝换钚蕴縒表面含有较多的K兀饕R贼然⒛邗セ⒎郁腔人嵝院豕倌芡诺男问存在,活性炭砻婧薪隙嗟募钚怨倌芡牛徊煌姆勰┗钚蕴砍氏不同的剿俾屎捅ズ臀搅俊7勰┗钚蕴慷許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,研究了粉末活性炭对烟气中难爻涛教匦裕⒘吮砉垩爻涛蕉ρP汀=峁砻鳎涸诔跏冀段,杆俦环勰┗钚蕴课剑孀叛爻淘黾樱勰┗钚蕴慷許的吸附速率尔比的增大,脱硫效率逐渐提高,但某跏嘉剿俾手鸾ソ档停琒吸附量逐渐减少;粉末活性炭对奈叫阅芩嫖露鹊纳叨陆担凰孀臩体积分数的增加,活性炭的脱硫效率逐渐下降,但在粉末活性炭给料速率相同的情况下,某跏嘉剿俾屎臀搅恐鸾ピ黾樱谎唐械有利于粉末活性炭对奈剑环勰┗钚蕴康难防枚杂谔岣咄蚜蛐剩档突钚蕴坑昧浚岣活性炭的利用率,起着非常重要的作用。在低温沉降炉上,模拟了粉末活性炭的循环倍率对脱硫效率的影响,随着粉末活性炭循环倍率的增加,脱硫效率逐渐增山东大学博士学位论文Ⅱ
加,粉末活性炭的循环利用可实现对烟气中母咝殉涸诘臀鲁两德从系统上,粉末活性炭对难爻潭焦炭梢杂肂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,对粉末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,对粉末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:碳硫摩尔比对粉末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,但活性炭对奈搅恐鸾ゼ跎伲煌粉末活性炭呈现出不同的脱硫效率及变化趋势,