SO2活化改性高硫石油焦吸附劑的脫汞特性研究.pdf

1、重金屬汞作為燃煤煙氣中的第四大污染物已受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注?；钚蕴繃娚浼夹g(shù)(ACI)是目前最具工業(yè)應(yīng)用前景的燃煤煙氣汞脫除技術(shù)，但其高昂的運(yùn)行成本使其發(fā)展受到極大限制。高硫石油焦作為石油化工行業(yè)的副產(chǎn)品，碳含量高、原料豐富且價(jià)格低廉，是生產(chǎn)活性炭的理想原料?；谔紵徇€原SO2工藝，本課題利用SO2氣體對(duì)高硫石油焦進(jìn)行高溫活化改性以研制廉價(jià)高效的富硫脫汞吸附劑。
　　首先，以SO2氣體為活化改性劑，在管式爐實(shí)驗(yàn)裝置上制備高硫石油焦

2、脫汞吸附劑。采用N2吸附/脫附、元素分析以及X射線(xiàn)光電子能譜分析(XPS)等表征技術(shù)，系統(tǒng)研究活化改性溫度、時(shí)間以及SO2濃度等因素對(duì)高硫石油焦吸附劑物理化學(xué)特性的影響規(guī)律，并深入分析其活化改性機(jī)理以及C-SO2反應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明:高硫石油焦高溫?zé)峤鈺?huì)析出氣體產(chǎn)物，同時(shí)SO2能夠與內(nèi)部C原子反應(yīng)釋放CO2和硫蒸氣，從而達(dá)到活化擴(kuò)孔的效果，其孔隙結(jié)構(gòu)由熱分解條件和C-SO2反應(yīng)特性決定。高硫石油焦吸附劑中硫、氧含量的增加極為明顯。隨著反應(yīng)

3、溫度的升高，硫含量降低，氧含量升高，這是因?yàn)楦邷貢r(shí)C-S/C=S鍵易發(fā)生斷裂，造成硫逃逸，而含C-O/S-O/S=O等中間體在C-SO2反應(yīng)過(guò)程中會(huì)逐漸增加。當(dāng)C-SO2反應(yīng)系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，吸附劑中硫的增量隨著時(shí)間的推移會(huì)趨于飽和。非氧化態(tài)硫是吸附劑中硫的主要結(jié)合形態(tài)，S2在高溫下會(huì)以硫蒸氣的形式逃逸到氣相中，因此碳表面不擔(dān)載元素硫。與原始樣相比，高硫石油焦吸附劑表面含氧官能團(tuán)數(shù)量明顯增多。
　　其次，在固定床實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行汞

4、吸附實(shí)驗(yàn)研究，獲得不同工況條件下制備的高硫石油焦吸附劑的脫汞性能?？疾煳綔囟?、入口Hg0濃度、煙氣成分以及熱再生等因素對(duì)脫汞特性的影響規(guī)律，并深入分析汞脫除機(jī)理。結(jié)果表明:原始高硫石油焦孔隙結(jié)構(gòu)差，表面缺乏化學(xué)活性位，幾乎沒(méi)有汞脫除能力。SO2活化改性高硫石油焦呈現(xiàn)出優(yōu)越的汞脫除性能，孔隙結(jié)構(gòu)、含氧官能團(tuán)以及硫形態(tài)分布是影響其脫汞性能的重要因素。吸附劑的汞脫除性能隨著吸附溫度的升高逐漸下降，高溫會(huì)抑制其物理吸附以及含氧、含硫官能團(tuán)的化

5、學(xué)吸附作用。初始Hg0濃度的增加會(huì)提升汞吸附速率，但初始汞脫除率會(huì)降低。動(dòng)力學(xué)計(jì)算表明化學(xué)吸附是整個(gè)吸附反應(yīng)過(guò)程的控制步驟。SO2會(huì)與不飽和碳結(jié)合形成C-S健，但在羰基上可能會(huì)與Hg0形成競(jìng)爭(zhēng)吸附，對(duì)高硫石油焦吸附劑的脫汞性能影響較小。O2易將Hg0氧化，而氧化態(tài)的汞更容易與含氧、含硫官能團(tuán)結(jié)合，從而促進(jìn)對(duì)Hg0的脫除。熱再生過(guò)程中汞化合物受熱分解伴隨著吸附劑表面化學(xué)活性位的損失。
　　最后，采用XPS表征方法對(duì)汞吸附前后高硫石油

6、焦表面硫形態(tài)進(jìn)行分析對(duì)比;并以高溫?zé)徇€原、H2O2溶液浸漬等方式對(duì)SO2活化改性活性炭進(jìn)行后處理，分析硫形態(tài)對(duì)吸附劑汞脫除性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:汞吸附后高硫石油焦表面非氧化態(tài)硫含量有所降低，說(shuō)明在汞吸附反應(yīng)過(guò)程中，非氧化態(tài)硫可能是影響Hg0吸附脫除的關(guān)鍵性因素。SO2活化改性活性炭表面硫形態(tài)較為復(fù)雜，N2氣氛下的高溫?zé)崽幚砟軌驅(qū)⒒钚蕴勘砻嫜趸瘧B(tài)硫還原，而H2O2溶液浸漬則會(huì)除去可溶性的硫酸鹽，并將部分非氧化態(tài)硫氧化。吸附劑中非氧化態(tài)