中温脱硫过程联合脱除痕量硒、砷的实验研究
发布时间：2020-11-15 20:12
本文对中温干法烟气脱硫过程联合脱除有毒痕量元素硒、砷的问题进行了研究。采用热重分析仪(TGA)为主要手段,对CaO吸收烟气中硒、砷的机理,脱硫产物层、SO_2和CO_2对CaO吸收痕量硒、砷的影响,以及相关的反应动力学等方面进行了实验研究。通过对实验数据进行分析,预测了中温干法烟气脱硫过程可能同时达到的脱硒、脱砷效果。 利用FTIR、XRD等手段对CaO吸收烟气中痕量SeO_2和痕量As_2O_3的机理进行了研究:CaO吸收硒的产物为CaSeO_3,在300~700℃反应速率随温度升高稍有增大,在700~800℃反应速率随温度升高而降低;CaO吸收砷的产物为Ca3(AsO4)2,在400~1000℃反应速率随温度升高而增大。 实验表明脱硫产物层作为单独的因素不影响CaO吸收痕量硒、砷的能力,本文用Ca2+和O_2-向外扩散的产物层传质机理对这一结论进行了解释。 关于SO_2对CaO吸收痕量硒、砷的影响,实验表明在硫酸盐反应的动力学控制阶段,SO_2的存在不影响CaO吸收痕量硒、砷的能力;在产物层扩散控制阶段,由于产物层传质阻力和SO_2竞争的共同作用,CaO吸收痕量硒的能力下降,但同情况下CaO吸收痕量砷的能力不受影响,原因可能来自CaO吸收砷的反应速率快和脱硫产物CaSO4可以吸附As_2O_3两方面。 关于CO_2对CaO吸收痕量硒、砷的影响,实验表明在700~760℃,浓度为15%的CO_2使CaO吸收痕量硒的能力降低12~35%;在600~1000℃,CO_2不影响CaO吸收痕量砷的能力。研究发现在700℃,当有CO_2共存且CaO已被覆盖上CaCO_3产物层时,SO_2、SeO_2和As_2O_3都可通过将已被CaO吸收的CO_2置换出来进而代替它的位置与CaO结合的途径被吸收。 以实验结论和反应动力学研究为基础,基于单个空间网格建立了中温烟气脱硫过程脱硫、脱硒、脱砷的脱除效率模型。经分析预测在700~800℃范围,可以利用CaO作为吸收剂,在循环流化床反应器内对SO_2、痕量SeO_2和痕量As_2O_3进行联合脱除,脱硒效率可能随温度的升高而逐渐降低,而在700~850℃范围可以实现高效联合脱硫、脱砷。
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2006
【中图分类】：X701.3
【部分图文】：
年美国的清洁空气法修正案中列出了 189 种有害空气出现在煤中的 11 种痕量元素：锑、砷、铍、镉、铬、镍和硒[3]。的有毒痕量元素在燃烧的过程中会以各种形式释放出排放到环境中：气态排放、富集于飞灰颗粒上排放、富态排放以及未被除尘设备捕获的超细颗粒上富集的有气中，其毒害最引人关注。Clarke[4]在前人研究的基础在煤燃烧过程中的富集行为把它们划分成三类[5][6]，如
SO2将充当还原剂将部分 SeO2还原成元素 Se。烟气中飞灰对硒的转化有一定影响，Bool 等[66]认为硒与飞灰表面合而生成硒酸铁，他们还找到了富含钙的飞灰能够吸收硒的证据酸钙，同时还认为硒酸铁的生成对硒的吸收有贡献。SeO2也会随低而在飞灰表面发生异相凝结，尤其是凝结在亚微米颗粒上。Seames[70]研究了 6 种煤中的硒在燃烧过程中的析出转化规律，发在形式与飞灰表面的阳离子活性点位数量有关，如果 Se/Ca 比较是钙含量较大时，硒就会与表面的钙结合，生成亚硒酸钙；如果Se/Ca 比较高且含硫量比较低时，硒就与表面的铁或钙结合，生成亚硒酸钙；如果煤中的 Se/Ca 比较高且含硫量中等或较高时，硒与表面活性点位结合的机会，这种情况下，硒就以气态或附着在 SeO2形式排放。以上规律如图 1.2 所示。
图 1.3 Seames 对燃煤过程砷的转化排放规律的总结[70]虽然砷能够与飞灰中的钙或铁结合，但是并不是所有的砷都通过，实际情况与热力平衡计算不同，气相中的砷不可能全部被这些，这主要是受反应动力学和传质因素的影响。Senior 等[90]在利用烟煤进行小型燃烧实验时发现，煤中大约 40%~80%的砷以气态。Germani 等[71]认为烟气中砷 0.7%~52%以气态形式存在，气态为约为 7μg/m3。Helble[91]通过小型实验和现场试验研究发现砷易细微颗粒物上。总而言之，煤燃烧释放出来的砷最终大部分以气在颗粒物上的形式排放到大气中。通过以上对砷在煤燃烧过程中的析出、转化、排放规律的综述，下对本课题有益的指导或依据：（1）关于燃煤过程砷存在形式平衡研究结论对于本课题的实验方案设计有很大的指导意义，O3(g)被预测是中温范围砷在燃煤烟气中的主要存在形式，以此为依究选择 As2O3作为实验试剂，并研究 CaO 对模拟烟气中气态
【参考文献】
本文编号：2885159
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2006
【中图分类】：X701.3
【部分图文】：
年美国的清洁空气法修正案中列出了 189 种有害空气出现在煤中的 11 种痕量元素：锑、砷、铍、镉、铬、镍和硒[3]。的有毒痕量元素在燃烧的过程中会以各种形式释放出排放到环境中：气态排放、富集于飞灰颗粒上排放、富态排放以及未被除尘设备捕获的超细颗粒上富集的有气中，其毒害最引人关注。Clarke[4]在前人研究的基础在煤燃烧过程中的富集行为把它们划分成三类[5][6]，如
SO2将充当还原剂将部分 SeO2还原成元素 Se。烟气中飞灰对硒的转化有一定影响，Bool 等[66]认为硒与飞灰表面合而生成硒酸铁，他们还找到了富含钙的飞灰能够吸收硒的证据酸钙，同时还认为硒酸铁的生成对硒的吸收有贡献。SeO2也会随低而在飞灰表面发生异相凝结，尤其是凝结在亚微米颗粒上。Seames[70]研究了 6 种煤中的硒在燃烧过程中的析出转化规律，发在形式与飞灰表面的阳离子活性点位数量有关，如果 Se/Ca 比较是钙含量较大时，硒就会与表面的钙结合，生成亚硒酸钙；如果Se/Ca 比较高且含硫量比较低时，硒就与表面的铁或钙结合，生成亚硒酸钙；如果煤中的 Se/Ca 比较高且含硫量中等或较高时，硒与表面活性点位结合的机会，这种情况下，硒就以气态或附着在 SeO2形式排放。以上规律如图 1.2 所示。
图 1.3 Seames 对燃煤过程砷的转化排放规律的总结[70]虽然砷能够与飞灰中的钙或铁结合，但是并不是所有的砷都通过，实际情况与热力平衡计算不同，气相中的砷不可能全部被这些，这主要是受反应动力学和传质因素的影响。Senior 等[90]在利用烟煤进行小型燃烧实验时发现，煤中大约 40%~80%的砷以气态。Germani 等[71]认为烟气中砷 0.7%~52%以气态形式存在，气态为约为 7μg/m3。Helble[91]通过小型实验和现场试验研究发现砷易细微颗粒物上。总而言之，煤燃烧释放出来的砷最终大部分以气在颗粒物上的形式排放到大气中。通过以上对砷在煤燃烧过程中的析出、转化、排放规律的综述，下对本课题有益的指导或依据：（1）关于燃煤过程砷存在形式平衡研究结论对于本课题的实验方案设计有很大的指导意义，O3(g)被预测是中温范围砷在燃煤烟气中的主要存在形式，以此为依究选择 As2O3作为实验试剂，并研究 CaO 对模拟烟气中气态
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
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本文编号：2885159
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