活性焦物质对于脱硫脱硝的影响

活性焦物质对于脱硫脱硝的影响

发表时间：2018-07-23T10:02:00.047Z 来源：《基层建设》2018年第14期作者：王子清

[导读] 摘要：通过研究烟气在活性焦的脱硫脱硝机理，研究了不同情况下的烟气使用活性焦对SO2和NO的吸附能力的影响，并分别用SEM、FT-IR、XPS和BET等方法对其孔结构和表面性质进行了分析。

哈尔滨锅炉厂有限责任公司黑龙江省哈尔滨市 150046

摘要：通过研究烟气在活性焦的脱硫脱硝机理，研究了不同情况下的烟气使用活性焦对SO2和NO的吸附能力的影响，并分别用SEM、FT-IR、XPS和BET等方法对其孔结构和表面性质进行了分析。通过研究表明，活性焦的脱硫和脱氮性能与其孔结构与活性焦表面化学性质相关，孔隙体积是决定污染物脱除率的关键因素，表面官能团则在污染物的化学吸附上发挥着重要作用。此外二氧化硫对活性焦的吸附量大于NO，烟气中的氧或蒸汽的存在对脱硫和脱氮效果并未产生明显影响。当烟气中存在氧和蒸汽时，活性炭的脱硫脱氮效果明显提

高，氨不仅能将一氧化氮还原成氮，而且提升了活性焦去除SO2的效果。

关键词：活性焦；脱硫脱硝；效率；工作机制

1引言

SO2和NOx是燃煤烟气中最主要的污染物质，这也是个造成大气环境恶化的原因。烟气中的SO2和NO被去除需要一套脱硫脱硝的集成装置，高度集成化的设备可以有效的节约运行成本，是烟气净化研究的热点。

国内外许多学者对其进行了探索和研究，并开发了多种净化方法和工艺。一般来说，它可以有两种方式，一种是湿法净化，另一种是干法。湿法烟气脱硫技术的代表是湿法烟气脱硫脱硝，干法如高能辐射化学法和固体吸附法。比较而言，以活性焦作为吸附剂的干式吸附不仅可以回收硫资源，大大降低生产成本，而且不会产生二次污染。

由于该工艺在净化过程中不需要水，特别适合于缺水地区的烟气净化，因此对于这种方式的研究使用越来越多。然而，活性焦去除污染物的机理尚不确定，制约了该技术的发展。因此，活性焦脱硫脱硝理论还需要更多的研究。

2活性焦的特性研究

活性焦表面粗糙、凹凸不平，有明显的棱角和缺陷，包括一些狭缝（如表1所示）。通过活性焦孔隙体积参数，活性焦的孔径较小，与中孔的孔体积较低。活性焦的表面还含有许多官能团，特别是含氧官能团。活性焦本身的特性会影响其去除性能，特别是对极性污染物的吸附和催化反应。

表1 活性焦的孔容特性

3 SO2 和 NO 的脱除机制研究

在石英固定床反应器中，对活性焦对于SO2和NO的去除进行了评价。通过实验可以模拟烟气中的SO2、NH3，O2、CO2和H2O，通过实验可以进行连续采样，具体使用的工具时IPI质谱检测仪器。模拟气体由SO2、NO、NH3、O2、CO2等组成，通过质量流量计在线测量控制进入混合器，然后与水蒸气混合进入反应器。平衡气体为N2，反应器内的温度在150℃恒温下进行控制。通过模拟烟气中不同组分和不同的进料顺序，研究了活性焦与烟气组分之间的相互作用，并分析了作用机理。

3.1单一污染物的脱除行为

反映开始SO2和NO的转化率较高，然后迅速下降，最后的转换效率下降几乎接近于零。两种物质比较可以得出SO2转化率下降速率比NO下降的速率相对较小。这表明活性焦对SO2的吸附包括物理吸附和化学吸附，而对于NO的吸附主要是物理吸附。活性焦的饱和吸附量相当于活性焦的孔体积，由于活性焦孔体积较小，物理吸附状态迅速达到饱和；SO2的化学吸收是由于活性焦表面官能团较少，所以化学吸收量也会很快达到极限值，附着量也非常有限。

3.2 O2、H2O存在时的脱除过程

在O2的存在下，对脱硫过程的假设有不同的看法。里济奥等人认为，在SO2和O2只有气态氧状态形式存在下可以与SO2的反应。Tamura认为，吸附氧状态和吸附SO2的状态才可以进行反应。Zawadzki等人认为SO2和O2之间的氧化反应没有水是无法进行的。

NO的反应活性低于SO2，因此吸附NO和O2的氧化反应的概率较低，因此O2和NO在活性焦在表面发生反映的概率就会下降，O2的吸附能力强于NO，因此O2的存在降低了NO的吸附速率。

当烟气中含有足够的水蒸气和O2时，活性焦烟气脱硫是化学吸附和物理吸附的同时过程。物理吸附首先发生，焦表面上的一些氧复合基团是SO2吸附和催化氧化的活性中心，在水和氧的存在下吸附在活性焦表面的SO2最终催化氧化为H2SO4。

3.3 SO2 与 NO 的选择性吸附

NO的添加对SO2的转化作用小，添加SO2对于烟雾中的NO转化影响较小，降低了NO转化。这表明有SO2和NO之间存在竞争吸附，活性焦选择性吸附SO2，活性焦对SO2的吸附包括物理吸附和化学吸附。

当SO2和NO同时存在，因为与活性焦表面极性的结构特征，很容易吸附气体分子具有一定的极性，所以能吸附极性SO2高于几乎无极性的NO，物理吸附的NO被SO2置换解析，活性焦吸附的能力也迅速下降，脱硝效率下降。

3.4再生催化剂使用

首先，使用再生催化剂的目的是：（1）催化剂再生后的物理堵塞小于5%。（2）修复损坏的模块单元和外部包装。（3）更换损坏的催化剂单元体。（4）物理化学性质恢复到新催化剂的水平。（5）机械强度能承受运输和催化剂，达到预期的使用寿命。（6）提升脱硫脱硝的效率，提升SO2转化率。

对于失活催化剂，首先要确定失活催化剂的性能是否具有再生值或再生值。如果再生潜力很小，再生催化剂的活性、选择性和耐磨性不能达到理想的高度。检测后，确定催化剂不能再生或再生，有必要对废催化剂进行处理。如果催化剂的再生潜力大，则再生催化剂的催化性能达到理想的高度，催化剂可以再生应该是企业的首选。随着SCR技术的广泛应用，废催化剂的数量将越来越多。如果废催化剂没有

回收，一方面会占用大量的土地资源，另一方面，催化剂吸附的一些有毒物质进入自然环境，对环境造成严重危害，并且催化剂中所含的有价金属资源不能循环利用，造成巨大的资源浪费。因此，废旧催化剂的回收利用不仅可以将废物转化为宝，还可以解决一些潜在的环境污染问题。

4 总结

活性焦的脱硫脱氮过程基本上是一个复杂的吸附和催化反应过程。其吸附和催化性能与活性焦的孔结构和表面化学性质密切相关。孔径是决定污染物初始去除率的主要因素，其表面官能团在污染物的化学吸附中起着重要的作用，是吸附和催化活化的中心。活性焦优先吸附SO2，活性焦的脱硫脱氮效果也与烟气中的气体成分不可分割。烟气中O2或H2O的存在对脱硫和脱氮没有明显的影响。

参考文献

[1]燃煤烟气中单质汞的氧化吸收研究[J]. 刘盛余,能子礼超,赖亮,万书宇,刘沛,曲兵. 煤炭学报. 2010(02)

[2]活性焦干法联合脱硫脱硝的正交实验[J]. 李兰廷. 煤炭学报. 2009(10)

[3]湿式烟气脱硫系统同时脱汞研究[J]. 赵毅,陈周燕,汪黎东,张受卫. 环境工程学报. 2008(01)

[4]新型吸附剂脱除烟气中气态汞的试验研究[J]. 任建莉,周劲松,骆仲泱,胡长兴,钟英杰. 中国电机工程学报. 2007(02)