改性活性碳纤维协同脱除燃煤烟气中SO2和NO实验研究文献综述

 2022-10-30 09:10
  1. 文献综述（或调研报告）：

脱硫脱硝协同控制技术是指在同一反应区域将烟气中的二氧化硫和氮氧化物同时脱除的技术。不同于 SCR、 SNCR 等需要在两个反应区域进行脱硫、脱硝的联合脱硫脱硝技术，该技术具有设备精简、占地面积小、基建投资少、运行管理方便等优点，并且随着煤炭选洗率的提高，燃烧方式的改变，以及运行条件的优化，未经处理的大气污染物浓度较之前情况有大幅改善，因此该技术的应用日益受到人们的关注和重视。具体的研究现状和研究内容如下：

  1. 基础脱硫脱硝技术现状
  2. SO2控制技术

包括①燃料脱硫：主要包括煤洗选、化学浸渍法以及煤转化等煤预处理技术；②炉内喷钙脱硫：脱硫剂主要是天然石灰石成分以CaCO3为主,将其破碎到合适的颗粒度后，喷入炉内发生分解CaCO3==CaO CO2，CaO在氧化性气氛中遇到就会发生脱硫反应.常规无机钙由于颗粒堵塞以及烧

结严重,脱硫率以及钙基有效利用率低。换成有机钙之后，不仅抗烧结性能更好，而且在还原气氛下具有协同脱硫脱硝的可能。③燃烧后烟气脱硫：包括湿法、干法及半干法。其中有增湿灰循环脱硫技术，烟气循环流化床脱硫技术，管道喷射烟气脱硫技术等新型技术

  1. NO控制技术

包括①调整燃烧过程的低NOx燃烧技术；②选择性催化还原（SCR）：该法用做还原剂,加入氨至烟气中,在℃的催化剂层中分解为N2和H2O。因没有副产物,并且装置结构简单,所以该法适用于处理大气量的烟气；③非选择性催化还原（SNCR）：过注入或尿素等还原剂在没有催化剂的情况下发生还原反应。通过烟道气流中产生的氨自由基与NOx反应,达到去除NOx的目的；④碱液吸收法；⑤酸吸收法：用将烟气中的NO氧化为NO2,然后用Na2SO3水溶液吸收。

  1. 脱硫脱硝协同控制技术

下面列举了国内外一些烟气脱硫脱硝协同控制技术，其中前两者属于干法工艺，后两个属于湿法工艺。本设计采用的干法工艺的改性活性炭法：

  1. 固相吸收/再生烟气脱硫脱硝技术：采用固体吸收剂或催化剂，与烟气中的 SO2 / NOx 吸收或反应，然后在再生器中将硫或氮从吸收剂中释放出来，吸收剂可重新循环使用，常用的吸收剂是活性炭、金属氧化物、分子筛、硅胶等，①活性炭脱硫脱硝工艺：活性炭脱硫脱硝工艺主要由吸附、解吸和硫回收三部分组成。吸收塔分上下两段，活性炭在重力的作用下，从第二段的顶部下降至第一段的底部。烟气是从下向上流动，在第一段 SO3 被活性炭吸附后生成硫酸，向第二段中喷入NH3 后，烟气中的 NOx 就被还原。②金属氧化物脱硫脱硝工艺：金属氧化物脱硫脱硝工艺利用载体上的金属氧化物与烟气中的SO2和O2反应生成硫酸盐，生成物又作为NH3选择性催化还原氮氧化物的催化剂实现同时脱硫脱硝。
  2. 高能电子活化氧化法：可分为电子束法和脉冲电晕法 电子束法是利用电子加速器产生的高能等离子体氧化烟气中的 SO2 和 NOX等气态污染物，烟气中的 SO2和 NOX被高能电子强烈氧化后，与水蒸气反应生成雾状的硫酸和硝酸，并与事先注入的氨发生反应，得到硫酸铵和硝酸铵，净烟气经烟囱排入大气。而脉冲电晕法则主要利用高压脉冲电源发电代替价格昂贵的加速器电子束，反应机理与电子束法一致
  3. 强氧化剂氧化法：①氯酸氧化工艺：用氧化吸收塔和碱式吸收塔两段工艺。氧化吸收塔是采用氧化剂 HClO3 来氧化 NO 和 SO2 及有毒金属; 碱式吸收塔则作为后续工艺采用 Na2S 及 NaOH 作为吸收剂，吸收残余的酸性气体 ②过氧化氢氧化工艺：先将过氧化氢喷入烟道内使 NO 氧化成 NO2 ，然后再利用湿法脱硫浆液或者碱液将其吸收。
  4. 尿素法：经电除尘处理后的烟气由吸收塔塔底进入， 与尿素喷淋液接触，其中的 NOX被还原生成 N2 ，尿素反应生成 CO2 和 H2 O; SO2 则与尿素反应生成硫酸铵，烟气经除雾器除雾后排入大气。吸收的尾液流向塔底进入循环沉淀池中沉淀分离，分离后的上清液泵入蒸发浓缩系统，沉渣则由灰渣泵泵入灰渣池进一步分离。国内也有研究人员通过在尿素中添加 CaO、漂白粉等添加剂来提升脱硫、脱硝效率，取得了比较理想的效果。

3、ACF的特点以及对SO2和NOx的脱除机理

（1）ACF（碳纤维）是继广泛使用的粉末活性炭、颗粒活性炭之后的第三代新型吸附材料，活性碳纤维具有大比表面积和丰富的微孔,具有比粒状活性碳更大的吸附容量和更快的吸附动力学性能, 在液相、气相中对有机物和阴、阳离子吸附效率高, 吸、脱附速度快, 可再生循环使用。,同时耐酸、碱, 耐高温, 适应性强, 导电性和化学稳定性好。

（2）ACF 表面有一系列含氧官能团，这些官能团有酸性有碱性, 使得其对某些物质具有更好的吸附和分散能力; 同时一些官能团的氧化还原性, 也使其呈现出氧化还原特性。 ACF 的表面官能团的种类、数量给吸附和催化带来了重大影响, 因此, 一些研究者通过改性的方法来更有效地挖掘活性碳纤维的潜力。 目前活性碳纤维表面改性的技术主要包括化学溶液浸渍、 高温热处理，化学气相沉淀, 电极氧化, 微波处理, 气相反应和低温等离子体等。通过改性的活性碳纤维由于其表面官能团的种类和数量发生变化, 促进了吸附和催化性能。

（3）ACF对SO2和NOx的脱除机理：

①ACF脱除SO2是一个吸附和反应共同作用的过程，分三个阶段：第一阶段吸附占主导，ACF巨大的比表面积，丰富、集中微孔分布为吸附提供了广阔的物理空间；吸附饱和后进入第二阶段，出口SO2浓度增大，脱除反应的效果开始体现，SO2不断消耗，从而稳定在第三阶段，脱除效率在定值。Xsp结果表明在ACF上发生了氧化反应,反应过程没有改变ACF的微孔状孔隙结构特点。ACF能够吸附一定量的SO2并且使原本必须在加热条件下发生的SO2氧化成SO3的反应能够在常温下进行；

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