活性焦脫除SO2的研究

活性焦脫除SO2的研究前言

【摘要】如何除去排放廢氣中的二氧化硫，以及保護(hù)環(huán)境，成了世界性課題，廢氣中的二氧化硫很難除盡，特別是當(dāng)濃度很低時(shí)，脫除其中的二氧化硫?qū)⑹歉永щy的，是一個(gè)急需要解決的問題。近年來，隨著活性焦的廣泛應(yīng)用，研究者發(fā)現(xiàn)將其用于制備脫硫劑，具有成本低、操作簡(jiǎn)便、脫硫效率高等特點(diǎn)。本文即采用了這種原材料加以改良，制備了改性活性焦脫硫劑?！娟P(guān)鍵詞】脫硫；二氧化硫；制備；脫硫劑二氧化硫是一種無色有刺激性氣味的氣體，比空氣重，影響呼吸道，對(duì)人體有毒性，在火電廠、煉油廠、鋼鐵廠、有色冶金、化工、水泥制造業(yè)等部門排放的氣體中均含有大量的二氧化硫。二氧化硫?qū)е滤嵊陮?duì)水生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)以及人體健康等均有危害，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。二氧化硫污染屬于低濃度的長(zhǎng)期污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境是一種慢性、疊加性的長(zhǎng)期危害。二氧化硫的污染問題已經(jīng)引起了各國政府的關(guān)注，制訂了排放廢氣中二氧化硫的含量標(biāo)準(zhǔn)，而且標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)越來越嚴(yán)的趨勢(shì)，脫除二氧化硫勢(shì)在必行。一活性焦的改性實(shí)驗(yàn)1、活性焦的制備與改性將褐煤干燥并粉碎，經(jīng)硫酸浸泡烘干后，進(jìn)行炭化處理即得高活性的褐煤半焦。將褐煤半焦與焦煤混合并加入適量的焦油攪拌均勻后成型，然后再加溫活化，便制得活性焦。加入不同種金屬氧化物浸漬，便制得改性活性焦。2、實(shí)驗(yàn)原材料實(shí)驗(yàn)原材料主要有：MnO2，F(xiàn)e2O3，Cr2O3，Na2S2O3，O2，N2，褐煤、焦油、硫酸、碘液等。3、實(shí)驗(yàn)方法（1）脫硫?qū)嶒?yàn)：在一定溫度下，將含有SO2的模擬煙氣通入裝有活性焦（或改性活性焦）的脫硫反應(yīng)塔中，測(cè)定反應(yīng)塔進(jìn)口和出口處SO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，zui后計(jì)算脫硫率。（2）改性活性焦碘吸附率實(shí)驗(yàn)：取碘濃度為0.005mol/dm3的碘液10L，加入0.2g改性活性焦，10min后取上清液2L，用Na2S2O3濃度為0.05mol/dm3的溶液滴定，zui后計(jì)算出碘的吸附率。二實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1、活性焦的改性按上述方法制備活性焦，并用MnO2，F(xiàn)e2O3，Cr2O3進(jìn)行改性，測(cè)定改性前后碘的吸附率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。表1

活性焦的碘吸附率

%

從表1可以看出：用MnO2，F(xiàn)e2O3，Cr2O3對(duì)活性焦進(jìn)行改性，改性焦的碘吸附率均有一定的提高，而且隨金屬氧化物含量的增加而增加。但質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%時(shí)，改性活性焦的碘吸附率低于未改性活性焦的性能。因此，金屬氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜超過15%。另外，總的來看，MnO2的改性效果zui佳，故對(duì)MnO2改性活性焦脫硫效果及其它做進(jìn)一步的研究。具體配方：按照質(zhì)量比為M（MnO2）：M（JAC）=1：20，，2：20，3：20分別制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，10%，15%。實(shí)施方法：（1）取5gMnO2溶解到100ml蒸餾水中進(jìn)行溶解，充分溶解后，加入100g活性焦，浸漬24h，進(jìn)行過濾，留澄清液體，過濾后的活性焦，在90℃下干燥3h，然后轉(zhuǎn)到馬弗爐中焙燒，按照每小時(shí)100℃程序升溫至300℃，焙燒2h，即得5%改性活性焦。（2）取10gMnO2溶解到100ml蒸餾水中進(jìn)行溶解，充分溶解后，加入100g活性焦，浸漬24h，進(jìn)行過濾，留澄清液體，過濾后的活性焦，在90℃下干燥3h，然后轉(zhuǎn)到馬弗爐中焙燒，按照每小時(shí)100℃程序升溫至300℃，焙燒2h，即得10%改性活性焦。（3）取15gMnO2溶解到100ml蒸餾水中進(jìn)行溶解，充分溶解后，加入100g活性焦，浸漬24h，進(jìn)行過濾，留澄清液體，過濾后的活性焦，在90℃下干燥3h，然后轉(zhuǎn)到馬弗爐中焙燒，按照每小時(shí)100℃程序升溫至300℃，焙燒2h，即得15%改性活性焦。（4）取20gMnO2溶解到100ml蒸餾水中進(jìn)行溶解，充分溶解后，加入100g活性焦，浸漬24h，進(jìn)行過濾，留澄清液體，過濾后的活性焦，在90℃下干燥3h，然后轉(zhuǎn)到馬弗爐中焙燒，按照每小時(shí)100℃程序升溫至300℃，焙燒2h，即得20%改性活性焦。（5）5%、10%、15%、20%的Fe2O3，Cr2O3的制備同上。2、MnO2改性活性焦脫硫效果2.1

吸附溫度與脫硫效率的關(guān)系將顆粒粒度為1mm左右的活性焦或改性活性焦顆粒裝入脫硫反應(yīng)塔中，在實(shí)驗(yàn)溫度分別為60℃，80℃，100℃，120℃，140℃，160℃的條件下，進(jìn)行脫硫?qū)嶒?yàn)，吸附時(shí)間為40min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。表2

脫硫效率與溫度的關(guān)系從表2可以看出，MnO2改性活性焦的脫硫效率明顯高于未改性活性焦的脫硫效率，溫度對(duì)脫硫效率有一定影響，當(dāng)溫度在60℃和120℃時(shí)，活性焦脫硫效果zui好。關(guān)系如圖2所示：

圖2

脫硫效率與溫度的關(guān)系

2.2

吸附時(shí)間與脫硫效率的關(guān)系在溫度為60℃的條件下，進(jìn)行不同吸附時(shí)間的脫硫?qū)嶒?yàn)，其他條件同前。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。表3

脫硫效率與吸附時(shí)間的關(guān)系從表3可以看出，未改性活性焦在60min內(nèi)，保持脫硫效率90%；而MnO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%和15%的改性活性焦，當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到100min時(shí)，脫硫效率仍保持在90%以上，且在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)改性活性焦的脫硫效率始終高于未改性活性焦。關(guān)系如圖3所示：圖3

脫硫效率與時(shí)間的關(guān)系

2.3

空速與脫硫效率的關(guān)系

在溫度為150℃的條件下，吸附時(shí)間為100min，進(jìn)行不同空速的脫硫?qū)嶒?yàn)，其他條件同前。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4

不同空速對(duì)脫硫效果的影響

從表4可以看出，當(dāng)空速在為1500h-1或2000h-1時(shí)，硫容達(dá)到zui高值，而且十分接近，所以實(shí)驗(yàn)中，確定空速為1500h-1為zui佳空速。2.4

H2S對(duì)SO2吸附的影響為了考察H2S對(duì)脫硫劑吸附SO2是否存在影響，在原入口氣體中加入H2S氣體，其濃度比為H2S：SO2=1：10，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示：表5

H2S存在對(duì)吸附SO2的影響從表5可以看出，在原氣體中加入H2S后，硫容有所下降，說明H2S存在對(duì)脫硫性能有所影響，這可能是因?yàn)槊摿騽┰谖絊O2的同時(shí)也吸附了H2S。2.5

O2濃度對(duì)SO2吸附的影響分別考察活性焦在床層溫度為120℃、空速為1500/h-1下，O2濃度為1%、3%、5%、8%、12%時(shí)，O2濃度對(duì)脫硫性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4

O2濃度對(duì)脫硫效率的影響從圖4可以看出，當(dāng)氧氣濃度高于5%時(shí)，隨著氧氣濃度的提高，活性焦的脫硫效率基本不變。主要原因是氧氣濃度已足夠大，其濃度的改變不會(huì)再影響活性焦對(duì)SO2的催化氧化。當(dāng)氧氣濃度低于5%，活性焦的脫硫效率很快降低，原因可能是氧氣濃度低時(shí)，氧氣的擴(kuò)散速率低，致使部分SO2未參與反應(yīng)就通過了床層，導(dǎo)致活性焦脫硫效率的下降。2.6

水蒸氣濃度對(duì)脫硫效率的影響分別考察活性焦在床層溫度為120℃、空速為1500h-1下，分別考察水蒸氣濃度為4%、8%、12%、16%時(shí)，水蒸氣濃度對(duì)脫硫性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5

水蒸氣對(duì)脫硫效率的影響

從圖5可以看出，當(dāng)水蒸氣濃度小于12%時(shí)，隨著水蒸氣濃度的增加，活性焦的脫硫效率提高；當(dāng)水蒸氣濃度繼續(xù)增加，活性焦的脫硫效率又下降。這是由于水蒸氣濃度增加后容易在活性焦表面形成水膜，影響了氣體的擴(kuò)散，導(dǎo)致脫硫效率的下降。3、MnO2改性活性焦再生后脫硫效率采用經(jīng)過四次再生后的MnO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%改性活性焦進(jìn)行脫硫?qū)嶒?yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度60℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。表6

再生改性活性焦與未改性活性焦脫硫效率比較由表6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含15%MnO2的改性活性焦，雖然經(jīng)過四次再生，但脫硫率仍高于未改性活性焦，而且在80min內(nèi)脫硫效率仍保持在90%以上。4、MnO2改性活性焦再生次數(shù)與碘吸附率之間的關(guān)系取不同再生次數(shù)的含15%MnO2的改性活性焦碘吸附實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件同前。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。表7

碘吸附率與再生次數(shù)的關(guān)系

圖6

碘吸附率與再生次數(shù)的關(guān)系

從圖6可以看出，含15%MnO2的改性活性焦經(jīng)四次再生后，仍能保持較高的碘吸附率，而且與沒有經(jīng)過再生的未改性活性焦的碘吸附率持平。另外，與未改性活性焦相比，改性活性焦的碘吸附率平均高九個(gè)百分點(diǎn)，這說明含MnO2的改性活性焦的再生性能好，使用壽命長(zhǎng)。因此，處理成本也將有所降低。三結(jié)論1、用MnO2，F(xiàn)e2O3，Cr2O3改性后的活性焦，碘的吸附率均明顯提高，其中MnO2的改性效果zui好。2、用MnO2對(duì)活性焦改性，可以延長(zhǎng)吸附時(shí)間，而