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煤質柱狀活性炭脫硫技術工藝及應用

2019-12-09 浦士達環保


       煤質柱狀活性炭法脫硫的材料主要是活性炭,它幾乎可以用任何含炭材料來制備,以木材、鋸屑、果核為代表的植物類原料由于質地疏松,有利于活化劑的進入,因此反應性能好,制得的活性炭微孔容積發達、比表面積大、吸附性能好,但這類原料的成本較高、資源有限,基于此人們開始將注意力轉向儲量豐富、價格低廉的煤炭,但由于煤的形成受很多因素的影響,不同地區的煤組成、性質都有所差別,因此活性炭孔結構及吸附性能各不相同:煤的變質程度越低,揮發分含量越高,制各的活性炭脫硫效果越好。對于煤炭,無煙煤的變質程度和石墨化程度都最高,煙煤次之,褐煤的變質程度和石墨化程度最低,所以近幾年來大多數研究者都以褐煤或煙煤為原料經熱解活化來制備活性炭。


       活性炭質材料的結構是由排列成六角形的炭原子平面層組成,這些平面層構成了活性炭質材料的基本微晶(即石墨微晶),每個石墨微晶含有3~4個平行的炭原子平面層,各炭層并非相互平行的,而是以不同的角位移排列成“螺層形結構”。活性炭內部具有發達的孔隙結構,根據國際化學協會的分類,活性炭的孔徑可分為直徑小于2rim的微孔,直徑在2—50nm之間的中孔和直徑大于50nm的大孔弛”,其中微孔對活性炭表面積的貢獻最大,幾乎占總面積的95%以上,是決定活性炭吸附性能高低的主要因素,中孔和大孔主要是作為吸附質擴散的通道和催化劑沉積的場所。
       煤質柱狀活性炭的微孔可分為石墨微晶層面之間形成的層間孔和石墨微晶之間形成的粒間孔,這些孔徑呈納米級數,因此有些學者稱之為納米孔空間由于相鄰孔壁吸附勢的相互疊加,使微孑L內存在較大的吸附勢,對氣相中低濃度污染物具有較強的吸附能力,使吸附質分子脫離本相進入微孔,在微孔內形成一個高壓環境。這種狀態的吸附質分子。與其體相內的分子性質有很大的區別,如:微孔內,吸附質分子不能形成連續的液面,而是以分子簇的形式存在;許多在非微孔物質上需要高壓才能發生的反應在微孔內能夠進行。對吸附劑利用率最高的孔直徑和吸附質分子直徑的比值為1.7—3,對需要重復再生的吸附劑這一比值為3—6或更高一些。這種吸附質分子可進入和充填的孔隙容積稱為有效孔容。對不同的吸附質而言,有效孔容所對應的孔徑分布是不同的。
       采用煤質柱狀活性炭法脫除廢氣中的SO2。是70年代發展起來的一頊脫硫技術,與傳統的脫硫技術相比,炭法煙氣脫硫技術有著多方面的優點:
     (1)在運行過程中不需隨時向系統中加入脫硫劑,脫硫劑消耗少,另外,脫硫劑可通過水洗或加熱等方式進行再生,實現重復利用,有利于節約原料,降低運行成本;
     (2)脫硫產物能以硫酸、硫磺等形式加以回收,在一定程度上緩解了我國硫酸類產品需求量大的壓力;
     (3)設備相對較少,工藝比較簡單,易于操作;
     (4)不存在二次污染問題。
盡管如此,煤質柱狀活性炭法煙氣脫硫也存在一些不足之處:
     (1)普通的工業活性炭對二氧化硫的吸附容量有限,一般僅為卜2%,造成設備龐大,再生頻繁等問題;
     (2)以前的再生方式存在許多弊病,水洗再生不徹底,加熱再生消耗活性炭,造成浪費,這也是制約炭法脫硫技術發展的又一因素;
     (3)副產品硫酸濃度低,難以濃縮。
       因此,如何趨利弊害,使煤質柱狀活性炭法煙氣脫硫技術走向成熟和產業化是今后世界各國共同面臨的課題。
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