活性炭吸附脱硫装置参数优化设计及实验研究

发布时间：2020-08-29 11:56

　　 近年来我国环境问题日益严峻,减少和控制SO_2排放成为我国亟待解决的问题。目前国内普遍采用的湿法烟气脱硫技术存在二次污染,用水量大,硫资源不能回收利用等缺点。活性炭烟气脱硫技术是一种先进的干法脱硫技术,该法脱硫效率高,脱硫过程不需要水,不会产生废水污染,脱硫产物为高浓度的SO_2,可以用来生产硫酸等产品,在我国有良好的发展前景。为促进活性炭脱硫技术在燃煤电厂中的应用,本文主要采用实验研究的方法对活性炭吸附脱硫过程进行研究。首先介绍了活性炭脱硫工艺发展现状、吸附理论、活性炭脱硫的基本理论、物理吸附和化学吸附的区别以及吸附动力学的有关知识,为后面实验数据的处理提供了理论基础;探究了活性炭的孔隙结构和化学组成,活性炭的脱硫性能与活性炭的孔隙结构以及表面官能团有着密切的联系。通过扫描电镜分析本文研究所用的活性炭样品,得到了活性炭的表面结构,列举了现有活性炭吸附脱硫装置的三种形式。其次为了更好地确定干法脱硫装置移动床各项结构尺寸参数,基于实验中选用的活性炭和模拟烟气参数,计算阿基米德准则数和处于临界流化速度时的雷诺数从而得到U_(crif),再根据经验系数得出移动床吸附反应器的空床气速为1.94m/s,横截面积为85.91m~2;在固定床吸附柱实验装置上,基于5种不同工况的脱硫穿透曲线,并且利用多项式方程拟合积分得到较好符合单分子层兰缪尔等温吸附方程的吸附平衡曲线,其中兰缪尔常数为0.88m~3/g,活性炭的饱和吸附量为4.43×10~(-2)kg/kg。通过物料衡算得出活性炭吸附量为1081.76kg/h;近似认为5个不同试验工况下,中间时刻吸附柱出口活性炭的吸附程度接近移动床烟气脱硫稳定运行时的状态,由此计算得出有效吸附床层厚度为12.97m。这可以为锅炉烟气尾部处理干法脱硫装置移动床的关键结构参数设计提供一定的参考依据。最后研究床层温度和SO_2浓度两个运行参数对脱硫效率的影响,然后分别选用不同浓度的Na_2CO_3、NaOH溶液对活性炭进行等体积浸渍改性,放置在固定床脱硫实验装置上进行脱硫穿透实验,并且对其进行热重和SEM表征,定性地分析SO_2在活性炭上的吸附与解吸附行为。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X701.3
【部分图文】：

第 2 章 吸附理论和活性炭脱硫简介，简化如下[39,40]：理想气体，烟气中各组分含量保持不变，且考虑边界层的影响；程中温度保持不变，同一径向截面内吸附速在床层中定域吸附，不考虑轴向、径向扩散与吸附质之间不考虑反应时间，近似认为瞬大小一致，微观结构相同。，在床层轴向取微元作 SO2的物料衡算，如

第 2 章 吸附理论和活性炭脱硫简介表面丰富的孔隙结构和晶格缺陷处较活跃的不成对电子造成的。而这些都与活性炭的微晶结构有着密切的关联。石墨片层由碳原子组成的正六边形炭环在石墨片层上整齐排列，片层间距为 0.335nm，正六边形边长为 0.142nm，微晶上的片层均是 121方式堆叠在一起。所以说每个片层与相隔片层靠范德华力紧密连接在一起。虽然活性炭的微晶的结构类似于石墨晶体的结构，每个活性炭片层与石墨片层虽然在结构上类似，但是活性炭中的石墨片层间距是不等的，范围从 0.34-0.35nm 不等。如图 2-3 所示，石墨晶体与活性炭晶体比较起来更为规整，看起来更为有序。因此可以总结出，从每个片层上来说，活性炭与石墨相似，但是从整体上来看，活性炭结构更丰富，活性更高，一般的活性炭微晶直径尺寸一般为 1-10nm，每个微晶由不同石墨片层组成。

体重叠状态 b) 活性炭晶体重图 2-3 石墨与活性炭晶体重叠状态图有发达的内部孔结构，一般来讲，活性炭孔隙了探究活性炭的吸附性能，Dubinin 提出三种主-4 所示，来具体表征活性炭的吸附过程。

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