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煤质柱状活性炭脱硫技术工艺及应用

2019-12-09 浦士达环保


       煤质柱状活性炭法脱硫的材料主要是活性炭,它几乎可以用任何含炭材料来制备,以木材、锯屑、果核为代表的植物类原料由于质地疏松,有利于活化剂的进入,因此反应性能好,制得的活性炭微孔容积发达、比表面积大、吸附性能好,但这类原料的成本较高、资源有限,基于此人们开始将注意力转向储量丰富、价格低廉的煤炭,但由于煤的形成受很多因素的影响,不同地区的煤组成、性质都有所差别,因此活性炭孔结构及吸附性能各不相同:煤的变质程度越低,挥发分含量越高,制各的活性炭脱硫效果越好。对于煤炭,无烟煤的变质程度和石墨化程度都最高,烟煤次之,褐煤的变质程度和石墨化程度最低,所以近几年来大多数研究者都以褐煤或烟煤为原料经热解活化来制备活性炭。


       活性炭质材料的结构是由排列成六角形的炭原子平面层组成,这些平面层构成了活性炭质材料的基本微晶(即石墨微晶),每个石墨微晶含有3~4个平行的炭原子平面层,各炭层并非相互平行的,而是以不同的角位移排列成“螺层形结构”。活性炭内部具有发达的孔隙结构,根据国际化学协会的分类,活性炭的孔径可分为直径小于2rim的微孔,直径在2—50nm之间的中孔和直径大于50nm的大孔弛”,其中微孔对活性炭表面积的贡献最大,几乎占总面积的95%以上,是决定活性炭吸附性能高低的主要因素,中孔和大孔主要是作为吸附质扩散的通道和催化剂沉积的场所。
       煤质柱状活性炭的微孔可分为石墨微晶层面之间形成的层间孔和石墨微晶之间形成的粒间孔,这些孔径呈纳米级数,因此有些学者称之为纳米孔空间由于相邻孔壁吸附势的相互叠加,使微孑L内存在较大的吸附势,对气相中低浓度污染物具有较强的吸附能力,使吸附质分子脱离本相进入微孔,在微孔内形成一个高压环境。这种状态的吸附质分子。与其体相内的分子性质有很大的区别,如:微孔内,吸附质分子不能形成连续的液面,而是以分子簇的形式存在;许多在非微孔物质上需要高压才能发生的反应在微孔内能够进行。对吸附剂利用率最高的孔直径和吸附质分子直径的比值为1.7—3,对需要重复再生的吸附剂这一比值为3—6或更高一些。这种吸附质分子可进入和充填的孔隙容积称为有效孔容。对不同的吸附质而言,有效孔容所对应的孔径分布是不同的。
       采用煤质柱状活性炭法脱除废气中的SO2。是70年代发展起来的一顼脱硫技术,与传统的脱硫技术相比,炭法烟气脱硫技术有着多方面的优点:
     (1)在运行过程中不需随时向系统中加入脱硫剂,脱硫剂消耗少,另外,脱硫剂可通过水洗或加热等方式进行再生,实现重复利用,有利于节约原料,降低运行成本;
     (2)脱硫产物能以硫酸、硫磺等形式加以回收,在一定程度上缓解了我国硫酸类产品需求量大的压力;
     (3)设备相对较少,工艺比较简单,易于操作;
     (4)不存在二次污染问题。
尽管如此,煤质柱状活性炭法烟气脱硫也存在一些不足之处:
     (1)普通的工业活性炭对二氧化硫的吸附容量有限,一般仅为卜2%,造成设备庞大,再生频繁等问题;
     (2)以前的再生方式存在许多弊病,水洗再生不彻底,加热再生消耗活性炭,造成浪费,这也是制约炭法脱硫技术发展的又一因素;
     (3)副产品硫酸浓度低,难以浓缩。
       因此,如何趋利弊害,使煤质柱状活性炭法烟气脱硫技术走向成熟和产业化是今后世界各国共同面临的课题。
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