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柱状活性炭脱硫脱氮工作原理

作者:柱状活性炭 日期:2018-05-28 10:50:52 人气:

柱状活性炭脱硫脱氮工作原理

我国大部分火电厂面临着加强控制机SO2和NOx排放问题。目前限制推广脱硫脱氮技术的主要因素是初投资大、运行费用高、治污产物利用难、存在已订车很多股的二次污染。

柱状活性炭吸附法脱硫脱氮技术具有能够实现治污产物资源化利用,脱硫脱氮效率高等优点,被认为是一种发展前景的脱硫脱氮技术。在各种烟气治理方法中,活性炭吸附法是唯一一种能脱附烟气中每一种杂质的方法,其中包括SO2、氮氧化物、烟尘粒子、汞、二恶英、呋喃、重金属、挥发分有机物及其它微量元素。发展此类烟气脱硫脱氮技术,有效控制我国燃烧SO2和NOx排放,对于国民经济的可持续发展意义重大。

1.柱状活性炭脱硫脱氮原理

1.柱状活性炭脱硫原理

柱状活性炭对SO2的吸附包括物理吸附和化学吸附。当烟气中无水蒸汽和氧气存在时,主要发生物理吸附,吸附量较小。当烟气中含有足量水蒸汽和氧,柱状活性炭法烟气脱硫除尘器是一个化学吸附和物理吸附同时存在的过程,首先发生的是物理吸附,然后在有水和氧气存在的条件下将吸附到活性炭表面的SO2催化氧化为H2SO4,二氧化硫的吸附量增大。

1.2柱状活性炭脱氮原理

利用柱状活性炭脱氮的技术可以分为吸附法、NH3选择性催化还原法和炽热炭还原法。

吸附法是利用柱状活性炭的微孔结构和官能团吸附NOx,并将反应活性较低的NO氧化为反应活性较高的NO2。关于柱状活性炭吸附NOx的机理,研究人员还存在较大的分歧。NH3选择性催化还原法是利用柱状活性炭吸附NOx,降低NOx与NH3的反应活化能,提高NH3的利用率。

炽热炭还原法是在高温下利用炭与NOx反应生成CO2和N3。其优点是不需要催化剂,固体炭质价格便宜,来源广,反应生成的热量可以回收利用。然而动力学研究表明,O2于炭的反应先于NOx与炭的反应,故烟气中O2的存在使炭的消耗量增大。

2.机理性研究

2.1 有H2O

存在时的柱状活性炭脱硫反应过程,柱状活性炭法烟气脱硫不同于其他的烟气脱硫技术,是以传统的微孔吸附原理为理论基础的一门技术。然而,这种吸附作用于常用的工业吸附净化水的技术有着很大的区别,由于涉及到多组分物质的吸附传质,使其吸附作用十分复杂。在有水存在的条件下,在柱状活性炭表面附近、表面上、中孔大孔内以及微孔内,均可能形成水、水蒸汽、SO2、SO32-、SO42-等多种组分的复杂混合体,这些分子和离子的存在和数量,或可促进吸附性能的提高,也有可能制约柱状活性炭的吸附能力。H2O的参与从根本上改变了SO2在炭表面的反应机理,有关具体反应过程中的假说众说纷纭。

第一种认为SO2和O2存在竞争活性位的现象,在可能存在的三种氧化反应中,只有下式可以顺利进行:

C-SO2+O2+C→C-SO3+C-O,即只有气态的氧才可以与吸附态的SO2反应。任务内H2O、SO2和O2分子可被柱状活性炭吸附,只要它们之间满足足够近的距离和一定的空间构型,彼此之间就可以直接反应,并最终生成H2SO4。在这种理论模型中,氧化反应式为:C-SO2+C-O→C-SO3+C上式为反应的控制步骤,而其余步骤的反应都依赖于该反应的顺利进行。

第二种认为H2O的参与改变了SO2在炭表面的反应机理,在无H2O的条件下,氧化反应不能进行。在有水存在的条件下,柱状活性炭表面的吡喃酮官能团和离域TT电子均会与H2O分子反应生成H2O2,而H2O2可以将SO2溶于水后形成H2SO2氧化成为H2SO4。经过多年深入细致的理论分析和实验研究,认为在有水存在的条件下,有效吸附位的数量并非是由微孔溶剂和微孔数量决定的,微孔填充理论并不适用于水洗脱附条件下的柱状活性炭脱硫,理论均不适用于此种技术,第二种理论分析是一种较为合理的解释,柱状活性炭表面应遵循以下反应式:

SO2·H2O+H2O2→2H++SO2-4+H2O

2.2柱状活性炭选择吸附SO2和NOx

对柱状活性炭脱硫脱氮性能和机理以及SO2和NOx在柱状活性炭上竞争吸附的机理进行了深入的研究。以高纯度的SO2、空气和水蒸汽的混合气体来模拟实际工业烟气,研究表明,柱状活性炭对SO2的吸附主要是化学吸附,柱状活性炭具有较高的脱硫效率,脱硫效率大于96%,以高纯度的NOx、空气和水蒸汽的混合气体来模拟实际工业烟气,研究表明,柱状活性炭对NOx的吸附包括物理吸附和化学吸附,在气流中无SO2气体存在的条件下,柱状活性炭具有较高的脱氮效率,柱状活性炭达到动态吸附平衡是,脱氮效率大于75%。

以高纯度的SO2、NOx、空气和水蒸汽的混合气体来模拟实际工业烟气,研究表明,气流中同时存在SO2和NOX时,柱状活性炭吸附SO2的容量和吸附饱和时间增加,而脱硫效率、吸附速度和吸附带长度变化很小。由于物理吸附的NOx被SO2置换解析,柱状活性炭吸附SO2的容量和动态吸附平衡时间急剧下降,脱氮效率很低,NOx的吸附带长度增加,吸附速度下降。SO2和NOx都不会单独占据柱状活性炭吸附中心,而是共同存在与柱状活性炭吸附中心,柱状活性炭有限选择吸附SO2,物理吸附的NOx被SO2置换解析。化学吸附的NOx能够促进柱状活性炭对SO2的吸附。SO2也能够促进柱状活性炭对NOx的吸附。

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