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，特別是當濃度很低時，脫除其中的二氧化硫?qū)⑹歉永щy的，是一個急需要解決的問題。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、操作簡便、脫硫效率高等特點。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λ鷳B(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)濟損失。二氧化硫污染屬于低濃度的長期污染，對生態(tài)環(huán)境是一種慢性、疊加性的長期危害。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準，而且標準呈現(xiàn)越來越嚴的趨勢，脫除二氧化硫勢在必行。一活性焦的改性實驗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、實驗原材料實驗原材料主要有：MnO2，F(xiàn)e2O3，Cr2O3，Na2S2O3，O2，N2，褐煤、焦油、硫酸、碘液等。3、實驗方法（1）脫硫?qū)嶒灒涸谝欢囟认?，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，測定反應(yīng)塔進口和出口處SO2的質(zhì)量分數(shù)，zui后計算脫硫率。（2）改性活性焦碘吸附率實驗：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后計算出碘的吸附率。二實驗結(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進行改性，測定改性前后碘的吸附率，實驗結(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對活性焦進行改性，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)量分數(shù)大于20%時，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)量分數(shù)不宜超過15%。另外，總的來看，MnO2的改性效果zui佳，故對MnO2改性活性焦脫硫效果及其它做進一步的研究。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)量分數(shù)為5%，10%，15%。實施方法：（1）取5gMnO2溶解到100ml蒸餾水中進行溶解，充分溶解后，加入100g活性焦，浸漬24h，進行過濾，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蒸餾水中進行溶解，充分溶解后，加入100g活性焦，浸漬24h，進行過濾，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蒸餾水中進行溶解，充分溶解后，加入100g活性焦，浸漬24h，進行過濾，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蒸餾水中進行溶解，充分溶解后，加入100g活性焦，浸漬24h，進行過濾，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，在實驗溫度分別為60℃，80℃，100℃，120℃，140℃，160℃的條件下，進行脫硫?qū)嶒?，吸附時間為40min。實驗結(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，溫度對脫硫效率有一定影響，當溫度在60℃和120℃時，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

吸附時間與脫硫效率的關(guān)系在溫度為60℃的條件下，進行不同吸附時間的脫硫?qū)嶒灒渌麠l件同前。實驗結(jié)果見表3。表3

脫硫效率與吸附時間的關(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)量分數(shù)為10%和15%的改性活性焦，當吸附時間達到100min時，脫硫效率仍保持在90%以上，且在相應(yīng)的時間內(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，吸附時間為100min，進行不同空速的脫硫?qū)嶒灒渌麠l件同前。實驗結(jié)果見表4。

表4

不同空速對脫硫效果的影響

從表4可以看出，當空速在為1500h-1或2000h-1時，硫容達到zui高值，而且十分接近，所以實驗中，確定空速為1500h-1為zui佳空速。2.4

H2S對SO2吸附的影響為了考察H2S對脫硫劑吸附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，實驗數(shù)據(jù)如表5所示：表5

H2S存在對吸附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存在對脫硫性能有所影響，這可能是因為脫硫劑在吸附SO2的同時也吸附了H2S。2.5

O2濃度對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，O2濃度對脫硫性能的影響，實驗結(jié)果見圖4。

圖4

O2濃度對脫硫效率的影響從圖4可以看出，當氧氣濃度高于5%時，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，其濃度的改變不會再影響活性焦對SO2的催化氧化。當氧氣濃度低于5%，活性焦的脫硫效率很快降低，原因可能是氧氣濃度低時，氧氣的擴散速率低，致使部分SO2未參與反應(yīng)就通過了床層，導致活性焦脫硫效率的下降。2.6

水蒸氣濃度對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，水蒸氣濃度對脫硫性能的影響，實驗結(jié)果見圖5。

圖5

水蒸氣對脫硫效率的影響

從圖5可以看出，當水蒸氣濃度小于12%時，隨著水蒸氣濃度的增加，活性焦的脫硫效率提高；當水蒸氣濃度繼續(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，影響了氣體的擴散，導致脫硫效率的下降。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)量分數(shù)為15%改性活性焦進行脫硫?qū)嶒?，實驗溫?0℃。實驗結(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的實驗結(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驗，實驗條件同前。實驗結(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百分點，這說明含MnO2的改性活性焦的再生性能好，使用壽命長。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對活性焦改性，可以延長吸附時間，而