全站搜索
活性炭和活性炭纤维烟气脱硫技术
作者:管理员    发布于:2016-09-28 09:17:19    文字:【】【】【

  烟气脱硫是降低常规燃煤火电厂硫化物排放量的比较经济而有效的手段,也是目前世界上在火力发电厂应用广泛的一种控制SO2排放的技术。在诸多的烟气脱硫技术中,活性炭脱硫在消除SO2污染的同时可回收硫资源,在较低温度下将S2转化成硫酸,并可作为脱除NOx或回收烟气中C02工艺过程的有机组成部分,是一种防治污染与资源回收利用相结合的技术。活性炭脱硫早出现在19世纪下半叶,到了20世纪70年代后期,己有数种工艺在日本、德国、美国得到工业应用,其代表方法有:日本法、住友法、鲁奇法、BF法及Reinluft法等。目前己由电厂应用扩展到石油化工、硫酸及肥料工业等领域。

  1活性炭脱硫及再生机理1.1脱硫烟气中没有氧和水蒸汽存在时,用活性炭吸附S2仅为物理吸附,吸附量较小;有氧和水蒸汽存在时,在物理吸附过程中,还发生化学吸附。这是由于活性炭表面具有催化作用,使吸附的S2被烟气中的2氧化为S3,S3再和水蒸汽反应生成H2SO4,使其吸附量大为加。活性炭脱硫反应过程可以分为以下3个步骤;2、2、H2从排烟中扩散到活性炭颗粒表面;2、2、H2从活性颗粒表面继续向颗粒内部微(细)孔中扩散直至表面吸附部位;在表面吸附部位S2、2、H2被吸附、催化氧化及硫酸化。

  1.2再生活性炭吸附S02后,在其表面上形成的硫酸存在于活性炭的微孔中,降低其吸附能力,因此需要把存在于微孔中硫酸取出,使活性炭再生。再生方法可分为加热再生和水洗再生。

  当活性炭采用高温惰性气体再生时,其再生反应过程描述如下:高温活性炭亦可采用高温水蒸气热解再生,和高温惰性气体再生相比,这种方式具有热解温度低、活性炭消耗量少、解吸出的SO2易于回收且运行操作安全可靠等优点。

  洗涤再生是通过洗涤活性炭床层,使炭孔内的酸液不断排出炭层,从而恢复炭的催化活性。

  2活性炭和活性炭纤维根据活性炭材料的形状,可将其分为两大类:普通活性炭(AC)和纤维状活性炭(即活性炭纤维(ACF))。目前采用的脱硫技术中,以颗粒活性炭(GAC)为主,这种脱硫方法的主要特点是:过程比较简单再生时副反应很少;吸附容量有限,常要求在低气速(0.3―1.2m/s)下运行,吸附器体积较大;活性炭易被废气中的2氧化而导致损耗;长期使用后,活性炭会产生磨损,并因微孔堵塞丧失活性,脱硫副产品稀硫酸浓度低(2SO4浓度10 ―20)、产量大(00MW锅炉烟气脱硫装置每小时副产酸20― 30t)并含有杂质,因而既难于浓缩,又难于直接作为产品销售。该脱硫方法正是由于以上原因而难于应用。

  ACF是随着碳纤维工业发展起来的一种新型材料。在环保领域应用的碳材料先后出现过活性炭粉末(PAC)、颗粒活性炭(GAC)以及将活性炭粒子热熔或粘附在玻璃纤维或有机纤维上的纤维活性炭(AC)。与传统的GAC、PAC、FAC不同,ACF是由有机纤维经炭化、活化而制得的。20世纪60年代初在高性能碳纤维基础上,研制出了活性炭纤维,20世纪70年代,ACF逐渐开始工业化生产。日本是ACF大生产国,美国、俄罗斯等国活性炭纤维工业有相当规模,该工业在我国起步不久,生产规模较小。ACF与GAC、PAC、FAC等传统碳材料相比,有其的结构和性能,因而在环保领域有广阔的应用前景。

  ACF和GAC在表面形态、孔结构方面存在很大差异,与GAC相比,ACF具有非常的性能。分别为GAC和ACF的表面形态和孔结构模型,ACF与GAC相比有以下特点:与被吸附物质的接触面积大,加了吸附几率,可保证具有较快的吸附速度,这对设计吸附器是非常重要的。因为在吸附器中,粒子间扩散阻力是影响吸附的重要因素,而使用ACF可以极大地减少吸附器的体积;外表面积大。这意味着在外表面积的孔口多,容易吸附和脱附;孔径分布窄。绝大多数孔的孔径都在峰值点附近,有效吸附孔的数目多,吸附容量大;极大多数孔都直接开口于表面。

  意味着可缩短吸脱附行程,从而使得吸脱附速度加快。

  3活性炭纤维脱硫3.1ACF对SO2的吸附容量在静态条件和动态条件下,测定了ACF和GAC的吸附容量。ACF具有发达的微孔结构,因而吸附量大。

  表1ACF与GAC形态特征比较类型形态单位面积组成单兀击旦,-2重量/外表面积/m2g细孔表面积/m2g细孔径毡18Pm纤维毡15Pm纤维粒状4一6mm圆柱F1000和F1500是日本东洋纺织公司生产的粘胶基ACF毡。

  在同样静态试验条件下,ACF吸附S2的平衡吸附量高于GAC在相近比表面情况下,ACF的平衡吸附量约为GAC的3.6倍。

  S2含量为0.386的混合气进行的动态吸附实验结果表明,ACF的动态吸附量达GAC的4. 35.5倍。显示了ACF高比表面对吸附S2的优越性,同时也表明在动态条件下ACF对S2吸附容量同样优于GAC 3.2ACF对S2的吸附、脱附速度在动态条件下吸附剂的吸附、脱附速度高低对吸附剂能否用于实际装置有决定作用。

  ACF表面主要是孔径分布集中的微孔,吸附质无需像活性炭一样经长距离的大孔过渡孔、到达微孔,扩散阻力小,因而吸附速度快,对气体的吸附一般能在数十秒或几分钟达到平衡。对液体的吸附也仅需十几分钟,如对I2的吸附,ACF比GAC快2―3个数量级。同样,解吸路径短,脱附速度也快。有资料表明,ACF对S2的吸附、脱附速度都明显高于GAC;在有氧和水蒸气存在条件下,ACF对S2的吸附、脱附速率同样显著高于GAC―般说来,ACF再生条件不苛刻,需100C以上热蒸气或热空气,再生速度快,数分钟即可,再生后碘吸附值等指标变化小,表明重复使用性能好,相比之下GAC的再生却困难、缓慢得多。

  3.3氧化还原及催化特性活性碳纤维的氧化还原特性是由一系列电极电位不同的表面活性基团引起的,即可作为还原剂,也可用作氧化剂,这取决于所用体系的电位高低。参与反应的基团种类和浓度不同,ACF氧化还原容量也不同,活性炭纤维具有气相催化氧化还原功能。通过用H2SO4活化ACF,使其表面有催化能力,可以在NH3存在下把NO还原成N2. 4活性炭纤维烟气硫的发展S02无论是静态吸附量还是动态吸附量都显著高于GAC在相同工艺条件下,ACF对SO2的吸附容量为GAC的4一5倍,而相应空速(Nm3烟气/ht脱硫剂)下可达GAC的10倍以上,可见ACF脱硫能力显著高于GAC. ACF对低浓度物质的吸附能力特别优良,克服了GACPAC在操作过程中易形成沟流和沉降等问题,且无二次污染。由于ACF具有的孔隙结构,并能根据需要很方便的调节孔径,改变外形结构,制成各种需要的形状,并可载附各种活性组份,是一种高效、高选择性的新型脱硫剂。其吸附、脱附速率快、处理能力强、阻力小的优越性,必将使烟气脱硫剂用量大为减少,从而使脱硫设备体积大为缩小,也使系统能耗显著降低,这对脱硫装置的投资和运行费用降低大有益处。但活性炭纤维价格昂贵,目前国内ACF的价格是GAC的10倍以上,这是影响其推广应用的主要因素。以ACF为载体的催化剂研究是一个广阔的领域如用催化剂催化还原NO成为N2(NH3为还原剂),去除NO污染,这方面的研究己获得了较好的成果。国内外在这方面都有不少报道,利用活性炭纤维进行联合脱硫脱氮研究必将进一步拓宽其应用范围,降低脱硫装置费用。

  结束语活性炭烟气脱硫技术从20世纪50年代诞生。随着像活性炭纤维及纤维状活性炭、蜂窝状活性炭、多孔体复合性活性炭和规整体成型活性炭等新型活动炭在烟气脱硫领域应用的研究与开发,随着烟气脱硫副产物出路的开拓,这一技术必将显示出的优越性,为防治SO2污染和回收利用硫资源技术开辟新的道路。

访问统计
51客服