论文部分内容阅读
煤炭是我国的主要能源,燃煤烟气中含有大量SO2,严重危害人民群众的健康和生态环境安全。而我国水、硫资源严重短缺,迫切需要一种可以将烟气中的硫回收利用且耗水量少的燃煤烟气脱硫技术。活性焦烟气脱硫技术无液相介入,并可通过再生回收烟气中的硫元素,同时满足实现烟气中硫资源化和节约水资源的双重需求。煤基活性焦具有发达的孔隙结构,在燃煤电厂中可实现原位制备,然而在现有排烟温度下其脱硫性能较差。此外,脱硫剂的再生特性对整个脱硫-再生循环工艺的可持续性和经济性至关重要,而优良再生特性的实现,需要再生工艺与脱硫剂的自身性质相匹配。针对以上问题,结合国家重点研发计划研究需要,本文以锦界煤为原料,制备了具有较高脱硫性能的活性焦基脱硫剂,并对其再生特性进行了研究。本文以炭化温度、炭化时间、活化温度、活化时间以及CO2流量为因素设计了五因素四水平正交实验,对活性焦的脱硫性能进行了实验,以硫容为指标通过极差分析得出了活性焦的最佳制备条件:炭化温度700℃、炭化时间60min、活化温度800℃、活化时间90min、CO2流量80mL/min。通过等体积浸渍法将铁氧化物负载到先期制备的活性焦上,进而制备得到Fe/AC脱硫剂。根据脱硫效率和硫容对Fe/AC脱硫剂的载铁量进行筛选,并进行了相关表征。实验表明:载铁量对脱硫剂的脱硫性能有显著影响,随着载铁量的增加,脱硫效率和硫容呈现先增高后降低的趋势,载铁量1 0wt.%时脱硫剂具有最高的脱硫效率和硫容;脱硫剂比表面积随着载铁量的增加呈现先上升后下降的趋势,载铁量1Owt.%时硫容比表面积最大;载铁量超过1Owt.%后Fe203结晶度不断升高。通过单因素实验研究了再生温度、N2流量、再生时间等对Fe/AC脱硫剂再生特性的影响,以脱硫剂的再生率、二次硫容为指标确定最佳再生反应参数。实验结果表明:当再生温度在400℃C～800℃范围内时,随着再生温度的升高,脱硫剂的再生率和二次硫容呈现先升后降的趋势,500℃时脱硫剂的再生率(85.94%)和二次硫容(50.22mg/g)最高;当N2在200mL/min～700mL/min范围内时,N2流量对脱硫剂再生率、二次硫容的影响并不明显,N2流量600mL/min时再生率(88.63%)和二次硫容(60.64mg/g)最高;当再生时间在30min～180min范围内时,随着再生时间的增加,脱硫剂的再生率、二次硫容均呈现上升的趋势,但趋于平缓,再生时间90min时再生率(88.17%)和二次硫容(59.99mg/g)已达到较高水平,建议再生时间为90min。综上所述,脱硫剂最优再生条件为:再生温度 500℃、N2流量 600mL/min、再生时间 90min。通过BET、FTIR和XRD等对再生前后脱硫剂的物理化学特性进行表征发现,再生后脱硫剂比表面积和微孔体积显著升高,脱硫剂中的Fe2(SO4)3分解并重新转化为Fe2O3。通过热重-红外联用技术获得脱硫剂再生过程的热重曲线和气体释放曲线,探究了 Fe/AC脱硫剂再生过程中可能发生的化学反应,并推断脱硫剂的再生机理。