针对炭材料脱硫技术的研究早已受到广大专家和学者的关注。早在上世纪五十年代,Beebe等[14]就开始着眼于不同的水蒸气和氧气条件对焦炭的SO2吸附能力的影响。七十年代Bergbau Forschung提出并改进活性焦脱硫脱硝工艺[15]。之后Moreno CaStilla等[16]用褐煤作为原料,用CO2活化炭材料吸附SO2,提出结论认为炭材料的微孔特性决定了SO2的吸附,而表面碱性对吸附SO2影响很小。Raymundo[17]等提出了一种基于Eley-Rideal动力学模型的机制,来解释SO2的氧化:SO2在表面被吸附并与氧气发生反应得到SO3。Zhang LQ[18]等提出氧气在活性炭表面发生可逆吸附,然后氧化吸附的SO2。
目前来看,炭材料作为脱硫吸附剂主要分为四种:活性炭、活性炭纤维、活性焦以及活性半焦,我们这里主要介绍活性半焦法。
活性半焦法的原料主要褐煤热解所得到的半焦,然后经过改良用于烟气脱硫。半焦是煤在较低温度(650-750 oC)热解所得到的产物,其具有很强的吸附力和大量的微孔;同时因为较低的热解温度而热解不完全,半焦内部含有大量的氧、氮和氢基团,这些对半焦的SO2吸附作用有所加强。半焦作为煤炭热解的副产物,在早前的工业生产中,并没有对其很好的利用,但半焦处理不及时会造成严重的环境污染。如能将半焦作为脱硫剂广泛地应用于工业之中,可以说是变废为宝、一举两得。同时半焦已经进行了低温热解,在制备半焦脱硫剂时,只需简单的活化,有效较低了生产成本。因此在我国研究半焦脱硫剂具有重要的理论和实际意义。论文网
早在本世纪七十年代,德国就进行了关于半焦脱硫的研究,并发现在750 oC的温度条件下制备得到的活性半焦,具有很强的脱硫效果。八十年代日本也对半焦脱硫技术进行了研究,发现用V2O5对煤进行预氧化,再用700 oC的高温水蒸气进行活化,半焦的脱硫效果最好。在我国对于半焦脱硫也有相关研究,我国煤炭科学研究院曾对改进褐煤半焦用于烟气脱硫做了研究,发现高温氧化和活化,对半焦的脱硫效果提升最大。于英明、李春虎[19]等对半焦的脱硫性能也有相应的研究,并采用加压水对半焦进行活化,以达到增强其脱硫性能的目的。这些研究都为工业化的活性半焦脱硫技术提供了理论及实验基础。而由太原理工大学研究并制得的活性半焦,于太原西山煤电集团公司煤矸石发电厂进行了相关烟气脱硫试验,更是证明了半焦脱硫技术的可行性。而目前可见的半焦脱硫工艺基本基于活性炭脱硫工艺改进而成(如图1。2)。
图1。2 半焦脱硫流程示意图
1。5 研究课题
1。5。1 选题原因
现工业上主要的炭材料脱硫技术是活性炭脱硫,活性炭作为一种具有优良吸附性能的材料,其价格过于昂贵,造成脱硫成本高。随着工业的发展,工业尾气的大量排放,活性炭需求量也加大,因此寻找一直合适且廉价的炭材料代替活性炭的使用显得刻不容缓。而半焦含大量有氧和氢元素,具有丰富的空隙结构,因而拥有活性炭相似的脱硫性能[20]。半焦作为煤炭热解的副产物,在我国煤矿丰富的地区被当做废弃品而丢弃,不仅没有利用起来,还对环境造成污染。若能够让半焦替代活性炭作为脱硫吸附剂,那么可以说是以废止废,同时能够减少工业脱硫成本。
活性炭不仅存在价格昂贵的问题,而且囿于其很低的硬度,活性炭再生效果差,所以难以对活性炭脱硫技术进行大规模的推广。而半焦制备工艺简单、成本低,我们有理由相信可以通过改进半焦相关性质,去代替活性炭烟气脱硫技术,从而大规模推广成本较低半焦烟气脱硫技术,以减少SO2的排放[21]。同时半焦烟气脱硫工艺目前来看是全世界最先进的烟气技术,且适应于我国的缺水形式,在我国具有广阔的发展前景。因此研究半焦脱硫的相关性质和特点是具有深远意义的,所选课题也是具有其存在意义。 热解气氛对半焦吸附脱出污染物特性的影响(5):http://www.youerw.com/wuli/lunwen_99734.html