摘要: 采(cai)用共沉淀法(fa)(fa)(fa)制(zhi)備氧(yang)(yang)化(hua)鎂基吸(xi)(xi)附(fu)劑,開展煙氣(qi)干(gan)法(fa)(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu)研究。模擬燃煤(mei)煙氣(qi)脫(tuo)硫(liu),分析吸(xi)(xi)附(fu)劑制(zhi)備時的焙(bei)燒(shao)時間和溫度(du)以及脫(tuo)硫(liu)過程(cheng)中(zhong)的有氧(yang)(yang)、無氧(yang)(yang)等(deng)條件(jian)對脫(tuo)硫(liu)效(xiao)率、硫(liu)容、比(bi)表面(mian)(mian)積(ji)和脫(tuo)硫(liu)時間等(deng)因(yin)素的影響。確定吸(xi)(xi)附(fu)劑制(zhi)備的最(zui)佳工(gong)藝(yi)條件(jian)為(wei): 焙(bei)燒(shao)溫度(du) 550℃,焙(bei)燒(shao)時間2 h。此時吸(xi)(xi)附(fu)劑的比(bi)表面(mian)(mian)積(ji)(BET)為(wei)21.398 2 m2/ g ,硫(liu)容為(wei)6.8 mg/ g。研究表明,氧(yang)(yang)化(hua)鎂基吸(xi)(xi)附(fu)劑可以進(jin)行煙氣(qi)干(gan)法(fa)(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu),氧(yang)(yang)氣(qi)對脫(tuo)硫(liu)起(qi)促進(jin)作(zuo)用。

關鍵詞:環境工程, 干(gan)法(fa)煙氣脫(tuo)硫, 吸(xi)附(fu)劑, 硫容, 比(bi)表面積

0 　引言

“十一(yi)五(wu)”規劃明確(que)提(ti)出(chu)要建設(she)資(zi)源(yuan)節(jie)約型、環境(jing)友好型社會 ,對環境(jing)保護提(ti)出(chu)了(le)更為嚴格的目(mu)標 ,要求(qiu)到(dao) 2010 年 ,主(zhu)要污染物(wu)二氧(yang)化(hua)硫(liu)(liu)和 COD排放(fang)總量(liang)比(bi)“十五(wu)”期末減少 10 %。就二氧(yang)化(hua)硫(liu)(liu)指標而言 ,根(gen)據(ju)經(jing)驗公式法(fa)(fa)、歷史(shi)曲線擬合法(fa)(fa)、排放(fang)強度(du)計(ji)算(suan)法(fa)(fa)等推算(suan) ,到(dao)2010年二氧(yang)化(hua)硫(liu)(liu)產(chan)生量(liang)將達到(dao)4 500萬(wan)t。根(gen)據(ju)“十一(yi)五(wu)”規劃綱要中(zhong)所確(que)定的環保指標 ,2010年二氧(yang)化(hua)硫(liu)(liu)排放(fang)量(liang)需比(bi) 2005 年減少 10 % ,即排放(fang)控(kong)制目(mu)標為 2300萬(wan)t ,屆時二氧(yang)化(hua)硫(liu)(liu)去除(chu)量(liang)應為 2 200萬(wan) t。現有脫硫(liu)(liu)能(neng)力為950萬(wan)t , “十一(yi)五(wu)”期間(jian)需新增脫硫(liu)(liu)能(neng)力1 250萬(wan)t。這就需要強制增加及改(gai)進脫硫(liu)(liu)設(she)備。

目前(qian)我國(guo)煙(yan)氣(qi)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)分為(wei)燃前(qian)、燃中和(he)燃后(hou)3種方式 ,燃后(hou)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)又(you)分為(wei)干(gan)法(fa)(fa)、半(ban)干(gan)法(fa)(fa)、濕(shi)法(fa)(fa) ,其中濕(shi)法(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)最為(wei)成熟 ,應用最廣 ,但也存在較(jiao)多缺陷。干(gan)法(fa)(fa)、半(ban)干(gan)法(fa)(fa)煙(yan)氣(qi)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)技術(shu)具有(you)投(tou)資省、占地(di)(di)少、不(bu)存在腐蝕和(he)結垢等優點 ,適(shi)(shi)(shi)用于老(lao)電廠煙(yan)氣(qi)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)改造 ,并有(you)較(jiao)寬的(de)(de)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)效率范圍(wei) ,具有(you)較(jiao)強的(de)(de)適(shi)(shi)(shi)應性(xing)(xing) ,能滿足不(bu)同(tong)污染企業對煙(yan)氣(qi)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)(de)需要。其工(gong)(gong)(gong)藝(yi)有(you)噴霧干(gan)燥工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、煙(yan)氣(qi)循環流化(hua)(hua)床脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、電子束(shu)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、活性(xing)(xing)焦可資源(yuan)化(hua)(hua)煙(yan)氣(qi)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)技術(shu)等。本文以遼寧南部地(di)(di)區豐(feng)富(fu)的(de)(de)鎂礦(kuang)資源(yuan)為(wei)依托 ,對鎂礦(kuang)進(jin)行深入開發研究 ,實現氧化(hua)(hua)鎂基吸附劑干(gan)法(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu) ,可以克服常規濕(shi)法(fa)(fa)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)所帶來的(de)(de)初期投(tou)資高、運行費用較(jiao)高、占地(di)(di)面積大(da)、灰(hui)渣二次污染等不(bu)利因(yin)素 ,適(shi)(shi)(shi)宜在我國(guo)鎂礦(kuang)資源(yuan)豐(feng)富(fu)的(de)(de)地(di)(di)區實施。

1 　實驗部分

1.1　吸附劑的制(zhi)備(bei)

采用共沉淀(dian)法制(zhi)備(bei)氧化(hua)鎂基吸附劑(ji)。以鎂砂(產于遼(liao)寧(ning)省(sheng)東南(nan)部大(da)石橋市(shi))為主(zhu)要原料 ,將其干燥(zao)并研磨成粒徑小(xiao)于74μm的粉(fen)末(mo) ,添(tian)加適量的黏合劑(ji)(分(fen)析(xi)(xi)純)和固化(hua)劑(ji)(分(fen)析(xi)(xi)純) ,加水攪(jiao)拌混合均勻 ,經擠(ji)條(tiao)機壓制(zhi)成柱狀顆粒(直徑 3mm ,高5 mm) ,再(zai)通過烘箱干燥(zao)定型(110 ℃中(zhong)(zhong)放置 30 min) ,550 ℃馬福爐中(zhong)(zhong)焙燒活化(hua) 2 h ,即制(zhi)得具有脫(tuo)硫能力的吸附劑(ji)。

1.2　實驗裝置(zhi)和(he)方法

實驗裝(zhuang)置(zhi)(圖 1)由模(mo)(mo)擬煙(yan)氣裝(zhuang)置(zhi)、脫(tuo)硫塔及檢(jian)測裝(zhuang)置(zhi) 3部分(fen)組成。由氮氣瓶(ping)、氧氣瓶(ping)和(he)二氧化硫氣瓶(ping)作(zuo)為氣源供(gong)氣 ,經流(liu)量(liang)計控制流(liu)量(liang) ,在混氣瓶(ping)混勻(yun)配成模(mo)(mo)擬煙(yan)氣后(hou) ,進入裝(zhuang)有(you)氧化鎂基吸附(fu)劑的脫(tuo)硫塔 ,在脫(tuo)硫塔中通過(guo)溫控器及加熱(re)裝(zhuang)置(zhi)對煙(yan)氣溫度進行(xing)調(diao)節 ,最后(hou)對處理前后(hou)的模(mo)(mo)擬煙(yan)氣進行(xing)脫(tuo)硫效率(lv)的檢(jian)測。

吸(xi)附(fu)塔內(nei)石英管(guan)中吸(xi)附(fu)劑的(de)(de)(de)柱高(gao)為(wei) 5 cm ,熱電耦插(cha)入石英管(guan)中用(yong)于測煙氣的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)。通(tong)入吸(xi)附(fu)塔內(nei)模擬煙氣的(de)(de)(de) SO2 的(de)(de)(de)質量(liang)濃度(du)為(wei)3 000 mg/ m3,O2 體(ti)積分數為(wei) 715 % ,N2 為(wei)平衡氣。采用(yong)水蒸(zheng)氣發(fa)生器提(ti)供(gong)并控制水蒸(zheng)氣流量(liang)。在實(shi)驗(yan)前用(yong) N2或模擬煙氣吹掃后進(jin)行脫硫實(shi)驗(yan)。實(shi)驗(yan)中脫硫塔空速(su)(單(dan)位時間(jian)內(nei)通(tong)過(guo)脫硫塔內(nei)氣體(ti)流量(liang)(m3/ h)與裝入氧化鎂基吸(xi)附(fu)劑的(de)(de)(de)體(ti)積(m3)的(de)(de)(de)比(bi)值)為(wei)4000 h- 1。

1.3　測定方法

1.3.1　脫硫實驗評(ping)價方(fang)法

SO2濃度(du)采用(yong)(yong)德國 MRU95/ 3CD 煙氣分析儀(yi)和(he)碘量法對(dui)比(bi)進(jin)行在線檢測(ce) ,用(yong)(yong)脫硫效率(進(jin)出口管內 SO2 濃度(du)的(de)差(cha)值與進(jin)口管內 SO2 濃度(du)的(de)百分比(bi))表示脫硫性能。比(bi)表面(mian)積(ji)測(ce)試采用(yong)(yong)JW- 04型全自(zi)動氮(dan)吸附比(bi)表面(mian)積(ji)測(ce)定儀(yi)。

1.3.2　硫容測(ce)試

不斷(duan)通入(ru)質量濃度為3 000 mg/ m3的(de) SO2 氣體 ,直到吸(xi)附劑(ji)達到吸(xi)附平衡。在此過程中(zhong)(zhong)對(dui)尾氣中(zhong)(zhong)沒(mei)被吸(xi)收的(de) SO2 進行(xing)(xing)累積(ji)(ji)吸(xi)收 ,每隔10 min對(dui)吸(xi)收液(ye)進行(xing)(xing) SO2 滴定分析 ,得到碘液(ye)的(de)累積(ji)(ji)量 V1。在相同的(de)時間和條(tiao)件下 ,將(jiang)反應器(qi)中(zhong)(zhong)脫硫劑(ji)換為同體積(ji)(ji)的(de)玻(bo)砂(sha) ,滴定得到碘液(ye)消耗累積(ji)(ji)量 V0。根據硫容的(de)計(ji)算公式計(ji)算吸(xi)附劑(ji)吸(xi)附 SO2 的(de)總量 ,得到吸(xi)附劑(ji)硫容。

式(shi)中CS為(wei)脫(tuo)硫(liu)劑硫(liu)容 ,mg/ g ; 32.0為(wei)1 L 1 mol/ L碘(dian)標(biao)準(zhun)溶液(1/ 2I 2)相當的(de)二氧(yang)化(hua)硫(liu)(1/ 2SO2 )的(de)質量 ,g ; C (1/ 2I 2 )為(wei)碘(dian)標(biao)準(zhun)溶液濃度(du) ,mol/ L ; m 為(wei)脫(tuo)硫(liu)劑質量 ,g。

2 　結果與討論

2.1　焙燒溫度對(dui)比表(biao)面積的影響

原鎂砂粉末的(de)(de)比表面積(ji)(ji)(ji)為(wei)(wei) 12.225 6 m2/ g。由圖 2 可知 ,經造粒并烘干后(hou)的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎂基吸附劑(ji)(ji)在(zai)不(bu)同溫度下(xia)焙(bei)燒活(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua) 2h后(hou) ,吸附劑(ji)(ji)的(de)(de)比表面積(ji)(ji)(ji)明(ming)顯(xian)增加(jia)。焙(bei)燒溫度低于 550 ℃時(shi) ,比表面積(ji)(ji)(ji)逐(zhu)漸(jian)增加(jia); 在(zai)溫度為(wei)(wei) 550 ℃時(shi) ,比表面積(ji)(ji)(ji)達到最大值(zhi) ,但隨著(zhu)溫度進一步升高 ,吸附劑(ji)(ji)的(de)(de)比表面積(ji)(ji)(ji)呈顯(xian)著(zhu)減小趨勢。這是因為(wei)(wei)在(zai)焙(bei)燒活(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)初期 ,通過(guo)熱分(fen)(fen)(fen)解(jie)反應(ying)(ying) ,可除去其中(zhong)(zhong)的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)結(jie)合(he)水和碳等揮發(fa)性雜質 ,轉化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)成有吸附活(huo)性的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎂 ,通過(guo)分(fen)(fen)(fen)解(jie)產物的(de)(de)再結(jie)晶(jing) ,也得到具(ju)有特(te)定晶(jing)型、晶(jing)粒大小和孔(kong)結(jie)構的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎂基吸附劑(ji)(ji) ,同時(shi)增大了氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎂基吸附劑(ji)(ji)的(de)(de)比表面積(ji)(ji)(ji)。在(zai)較高溫度下(xia) ,氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎂還發(fa)生(sheng)(sheng)固相(xiang)反應(ying)(ying) ,形成具(ju)有活(huo)性的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)狀態。一般來說 ,分(fen)(fen)(fen)解(jie)溫度愈高 ,分(fen)(fen)(fen)解(jie)反應(ying)(ying)進行得愈徹底。但在(zai)催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)生(sheng)(sheng)產中(zhong)(zhong)往往不(bu)要(yao)求分(fen)(fen)(fen)解(jie)反應(ying)(ying)進行得完全徹底 ,當結(jie)合(he)水或 CO2 除去過(guo)多時(shi) ,會使其燒結(jie) ,機械強度下(xia)降 ,比表面積(ji)(ji)(ji)也相(xiang)應(ying)(ying)下(xia)降。

2.2　焙燒溫度對硫容的影響

氧(yang)化鎂(mei)(mei)基吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)焙(bei)燒(shao)(shao)2 h ,焙(bei)燒(shao)(shao)溫度(du)(du)的(de)變(bian)化對其硫容(rong)的(de)影(ying)響見圖3。隨(sui)溫度(du)(du)升高 ,吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)的(de)硫容(rong)逐漸增大 ,當(dang)焙(bei)燒(shao)(shao)溫度(du)(du)達到550 ℃時(shi) ,吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)硫容(rong)達到最大值618 mg/ g ,當(dang)溫度(du)(du)高于550 ℃時(shi) ,硫容(rong)又呈減少趨勢。這(zhe)說(shuo)明當(dang)焙(bei)燒(shao)(shao)溫度(du)(du)大于550 ℃時(shi) ,顆粒(li)發生(sheng)燒(shao)(shao)結(jie)現(xian)(xian)象 ,堵塞了顆粒(li)內部的(de)孔隙 ,導(dao)致硫容(rong)量下降(jiang)。氧(yang)化鎂(mei)(mei)基吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)在(zai)焙(bei)燒(shao)(shao)過程中既發生(sheng)物理(li)變(bian)化 ,又發生(sheng)化學變(bian)化 ,此過程是(shi)使其具(ju)有活性的(de)重要步驟 ,脫(tuo)硫的(de)性能也(ye)隨(sui)之提高。但氧(yang)化鎂(mei)(mei)基吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)在(zai)溫度(du)(du)高于 550 ℃時(shi) ,分(fen)解反應逐漸達到完全 ,吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)出現(xian)(xian)燒(shao)(shao)結(jie) ,吸(xi)(xi)附(fu)(fu)活性下降(jiang)。因此 ,吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)焙(bei)燒(shao)(shao)溫度(du)(du)需控制在(zai) 550 ℃以(yi)下 ,留有少量結(jie)合水等以(yi)增強其活性。

2.3　焙燒(shao)時間對吸附(fu)劑(ji)比表面積及硫(liu)容的影(ying)響

在焙(bei)燒(shao)溫度為550 ℃時(shi)(shi)(shi) ,焙(bei)燒(shao)時(shi)(shi)(shi)間(jian)對吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)比表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)(he)硫(liu)(liu)容的(de)影(ying)響見圖 4。隨焙(bei)燒(shao)時(shi)(shi)(shi)間(jian)延長(chang) ,比表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)(he)硫(liu)(liu)容增加明(ming)(ming)顯(xian) ,2 h時(shi)(shi)(shi)達到極大值(zhi) ,其(qi)后緩(huan)慢下降 ,3 h后下降趨于平(ping)緩(huan)。由(you)圖4可(ke)知(zhi) ,焙(bei)燒(shao)時(shi)(shi)(shi)間(jian)對比表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)(he)硫(liu)(liu)容的(de)影(ying)響相同 ,說(shuo)明(ming)(ming)氧化鎂(mei)基吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)的(de)內表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(其(qi)細孔(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)內壁)與外比表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)(其(qi)余部分)在脫硫(liu)(liu)過程中(zhong)(zhong)都(dou)充分發揮了作用。因此 ,提(ti)高吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)的(de)比表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)可(ke)以達到提(ti)高硫(liu)(liu)容的(de)作用。當焙(bei)燒(shao)時(shi)(shi)(shi)間(jian)大于 2 h時(shi)(shi)(shi) ,活(huo)化已基本完成(cheng)。活(huo)化時(shi)(shi)(shi)間(jian)繼續延長(chang) ,只(zhi)能(neng)(neng)使吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)內粒(li)子聚集 ,即小晶粒(li)長(chang)成(cheng)大晶粒(li) ,原來(lai)形成(cheng)的(de)微孔(kong)(kong)(kong)(kong)和(he)(he)中(zhong)(zhong)孔(kong)(kong)(kong)(kong)孔(kong)(kong)(kong)(kong)徑(jing)變(bian)大 ,一(yi)些微孔(kong)(kong)(kong)(kong)因燒(shao)結阻塞(sai) ,氧化鎂(mei)基吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)的(de)比表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)變(bian)小 ,吸(xi)(xi)附(fu)活(huo)性減(jian)弱 ,致使硫(liu)(liu)容也(ye)下降。從(cong)圖中(zhong)(zhong)還(huan)可(ke)看出 ,3 h后比表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)較硫(liu)(liu)容下降的(de)緩(huan)慢 ,這可(ke)能(neng)(neng)是由(you)于微孔(kong)(kong)(kong)(kong)數量(liang)減(jian)少而中(zhong)(zhong)孔(kong)(kong)(kong)(kong)數量(liang)增多 ,表(biao)(biao)現出比表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)變(bian)化不大 ,而影(ying)響硫(liu)(liu)容的(de)主要是微孔(kong)(kong)(kong)(kong)數量(liang) ,因而出現這一(yi)現象 ,這也(ye)為吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)活(huo)性的(de)提(ti)高提(ti)供了參考因素及(ji)途(tu)徑(jing)。

2.4　有氧條(tiao)件對脫(tuo)硫(liu)率的影響

模擬煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)(zai)正常(chang)O2 含量水(shui)平下(xia) ,脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)時間和(he)(he)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)對脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)效率的(de)(de)(de)(de)影響見圖5。在(zai)(zai)煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)分別為(wei)(wei) 30 ℃、 90 ℃和(he)(he) 150 ℃的(de)(de)(de)(de)條件下(xia) ,脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)塔內煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)效率隨時間增加逐(zhu)(zhu)漸(jian)下(xia)降。3種(zhong)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)(zai)前20 min脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)效率基本(ben)一致(zhi) ,其后(hou)開始(shi)產(chan)(chan)生差異。當(dang)實驗進(jin)行 50 min后(hou) ,150 ℃煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)率從 98.92 %降到37.23 % ,下(xia)降最快 ,30 ℃煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)率從 99.49 %降到69.76 % ,下(xia)降最慢。可(ke)知煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)升高不(bu)利于(yu)脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)效率的(de)(de)(de)(de)提高 ,高溫(wen)(wen)(wen)時吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)先(xian)達到吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)平衡 ,而(er)低溫(wen)(wen)(wen)時 SO2 分子更易(yi)在(zai)(zai)MgO晶(jing)體(ti)表面被吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu) ,致(zhi)使吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)量增大(da) ,這也(ye)(ye)說明氧(yang)化(hua)鎂基吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)在(zai)(zai)脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)過程中(zhong)是物(wu)理(li)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)為(wei)(wei)主體(ti)。又知 SO2 分子間的(de)(de)(de)(de)范德(de)華(hua)力(li)(li)(li)包括色散(san)(san)力(li)(li)(li)、誘導(dao)力(li)(li)(li)和(he)(he)靜電力(li)(li)(li) 3 種(zhong),這種(zhong)作用(yong)力(li)(li)(li)無方向性和(he)(he)飽(bao)和(he)(he)性。通常(chang)不(bu)活潑氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)為(wei)(wei)非極性和(he)(he)極性不(bu)大(da)的(de)(de)(de)(de)分子 ,則色散(san)(san)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)占(zhan)(zhan)主體(ti) ,而(er) SO2 分子的(de)(de)(de)(de)偶(ou)極矩μ為(wei)(wei)1.63 ,屬于(yu)極性較大(da)的(de)(de)(de)(de)分子 ,因此(ci)誘導(dao)力(li)(li)(li)和(he)(he)靜電力(li)(li)(li)也(ye)(ye)占(zhan)(zhan)較大(da)比重 ,在(zai)(zai)氧(yang)化(hua)鎂表面產(chan)(chan)生較強的(de)(de)(de)(de)作用(yong)力(li)(li)(li)。同時由 BET理(li)論可(ke)知 ,物(wu)理(li)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)可(ke)以(yi)是多層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de) ,第(di)(di) 1 層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)熱( E1 )為(wei)(wei)一定值 ,以(yi)后(hou)各(ge)(ge)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)熱不(bu)同 ,第(di)(di)2層(ceng)(ceng)(ceng)以(yi)上的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)熱為(wei)(wei)相同的(de)(de)(de)(de)定值 ,即為(wei)(wei)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)質的(de)(de)(de)(de)液化(hua)熱( EL) 。因此(ci) SO2 在(zai)(zai)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)中(zhong)氧(yang)化(hua)鎂晶(jing)體(ti)表面第(di)(di)1層(ceng)(ceng)(ceng)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)力(li)(li)(li)強 ,吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)熱也(ye)(ye)大(da) ,隨著吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)的(de)(de)(de)(de)進(jin)行 ,吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)第(di)(di)1層(ceng)(ceng)(ceng)逐(zhu)(zhu)漸(jian)鋪(pu)滿 ,第(di)(di) 2 及其后(hou)各(ge)(ge)層(ceng)(ceng)(ceng)開始(shi)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu) ,吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)力(li)(li)(li)逐(zhu)(zhu)漸(jian)減弱 ,到最后(hou)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)趨于(yu)飽(bao)和(he)(he) ,脫(tuo)(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)效率下(xia)降。

2.5　無(wu)氧條(tiao)件(jian)對脫硫率的影響(xiang)

由圖(tu)6可(ke)(ke)知 ,模擬煙(yan)氣中(zhong)不(bu)含 O2 時 ,脫硫(liu)效(xiao)率下(xia)降(jiang)顯著加(jia)快 ,在第30～50 min時 ,脫硫(liu)效(xiao)率下(xia)降(jiang)更加(jia)明(ming)顯。因此 ,氧(yang)(yang)氣對(dui) SO2 的(de)去除(chu)起促進(jin)作用。分析O2 可(ke)(ke)能存在的(de)影響因素(su) ,一(yi)是O2 可(ke)(ke)與(yu) SO2 反(fan)應 ,生(sheng)成的(de) SO3 更易于(yu)被氧(yang)(yang)化(hua)鎂(mei)晶(jing)體(ti)吸附(fu); 二是吸附(fu)劑(ji)中(zhong)的(de) MgO晶(jing)體(ti)對(dui) SO2 吸附(fu)時 ,MgO晶(jing)體(ti)上(shang)的(de)O原子通過物(wu)理吸附(fu)與(yu) SO2 結合 ,當吸附(fu)劑(ji)表面出(chu)現可(ke)(ke)能的(de)氧(yang)(yang)空位(wei)時 ,氣體(ti)O2 分子能夠迅(xun)速填補空位(wei) ,促進(jin)吸附(fu)的(de)持續進(jin)行 ,這(zhe)對(dui)于(yu)晶(jing)格(ge)氧(yang)(yang)參與(yu)的(de)表面氧(yang)(yang)化(hua)反(fan)應極其重要(yao)。實際煙(yan)氣中(zhong)若O2 不(bu)足可(ke)(ke)補充少量空氣 ,以促進(jin)脫硫(liu)吸附(fu)反(fan)應進(jin)行。同時從圖(tu)6也(ye)(ye)可(ke)(ke)看出(chu) ,煙(yan)氣對(dui) SO2 的(de)吸附(fu)量隨(sui)著煙(yan)氣溫度的(de)增加(jia)而減少 ,這(zhe)也(ye)(ye)進(jin)一(yi)步驗證(zheng)了(le)對(dui)上(shang)圖(tu)的(de)分析。

2.6　吸附劑脫硫反(fan)應機理初步分(fen)析

氧化(hua)鎂(mei)吸附(fu)劑的煙氣脫(tuo)硫(liu)過程(cheng)是一個(ge)多相(xiang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)的過程(cheng) ,整個(ge)脫(tuo)硫(liu)過程(cheng)不但存在表面(mian)(mian)反(fan)(fan)應(ying)(ying) ,還(huan)要考慮到吸附(fu)(脫(tuo)附(fu))和擴散等問題。脫(tuo)硫(liu)的關鍵過程(cheng)為 SO2 與 O2 反(fan)(fan)應(ying)(ying)生成(cheng) SO3 ,同時 SO2 或 SO3 與氧化(hua)鎂(mei)基吸附(fu)劑內外表面(mian)(mian)中(zhong)的氧化(hua)鎂(mei)晶(jing)體結(jie)合(he)。氧化(hua)鎂(mei)吸附(fu)劑氣固(gu)相(xiang)吸附(fu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)可能存在6個(ge)步驟:

1) SO2 或 SO3 分子由(you)氣流主體向(xiang)吸(xi)附(fu)劑的外表(biao)面(mian)擴散(san)(外擴散(san)) ;

2) SO2 或 SO3 分子(zi)由吸附劑(ji)外表面(mian)向微孔內(nei)表面(mian)擴散(san)(內(nei)擴散(san)) ;

3) SO2 或 SO3 分子在吸附(fu)劑的內表面(mian)上被(bei)吸附(fu)(表面(mian)吸附(fu)) ;

4) SO2 或 SO3 分子從吸(xi)附(fu)劑內(nei)表面上脫附(fu)下(xia)來(表面脫附(fu)) ;

5)脫附下來的 SO2 或(huo) SO3 分子從微孔內(nei)向(xiang)吸附劑外表面(mian)擴散(內(nei)擴散) ;

6) SO2 或 SO3 分子(zi)從吸附劑外表(biao)面向氣(qi)流主(zhu)體擴(kuo)散(外擴(kuo)散)。

在(zai)固體氧化(hua)鎂基吸附(fu)(fu)劑表面上的(de)(de)吸附(fu)(fu)、脫(tuo)附(fu)(fu)過程 ,在(zai)反應(ying)(ying)條件(jian)下很難將它們(men)明顯區別開。實驗(yan)測定的(de)(de)結(jie)果是(shi)物理反應(ying)(ying)過程、內擴(kuo)散、外擴(kuo)散等因素的(de)(de)綜合結(jie)果 ,要獲得脫(tuo)硫過程的(de)(de)本(ben)征動力學數據 ,必須先消除內、外擴(kuo)散的(de)(de)影(ying)響。

3 　結論

1)以氧化鎂為主要成分制備(bei)了用于煙氣(qi)脫硫的氧化鎂基吸附(fu)劑。

2)通過(guo)對吸附(fu)劑(ji)制備(bei)參數的(de)分析(xi)討(tao)論 ,確定最佳制備(bei)工(gong)藝(yi)條件: 焙燒溫度約為(wei)550 ℃,焙燒時(shi)(shi)間(jian)為(wei) 2 h。此時(shi)(shi)吸附(fu)劑(ji)的(de)比表面積可達22 m2/ g ,硫(liu)容(rong)(rong)為(wei)618 mg/ g。模擬煙氣(qi)中的(de)O2能夠明顯促進(jin)吸附(fu)劑(ji)脫硫(liu) ,提高硫(liu)容(rong)(rong) ,并延長吸附(fu)劑(ji)的(de)脫硫(liu)持續時(shi)(shi)間(jian)。

3)初(chu)步分析了(le)氧化鎂基吸附劑吸附脫硫過程(cheng) ,為今(jin)后脫硫能力(li)的提高(gao)及工業應用提供參考依據(ju)。

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