中温脱硫过程联合脱除痕量硒、砷的实验研究

论文摘要

本文对中温干法烟气脱硫过程联合脱除有毒痕量元素硒、砷的问题进行了研究。采用热重分析仪（TGA）为主要手段,对CaO吸收烟气中硒、砷的机理,脱硫产物层、SO2和CO2对CaO吸收痕量硒、砷的影响,以及相关的反应动力学等方面进行了实验研究。通过对实验数据进行分析,预测了中温干法烟气脱硫过程可能同时达到的脱硒、脱砷效果。利用FTIR、XRD等手段对CaO吸收烟气中痕量SeO2和痕量As2O3的机理进行了研究:CaO吸收硒的产物为CaSeO3,在300700℃反应速率随温度升高稍有增大,在700800℃反应速率随温度升高而降低;CaO吸收砷的产物为Ca3（AsO4）2,在4001000℃反应速率随温度升高而增大。实验表明脱硫产物层作为单独的因素不影响CaO吸收痕量硒、砷的能力,本文用Ca2+和O2-向外扩散的产物层传质机理对这一结论进行了解释。关于SO2对CaO吸收痕量硒、砷的影响,实验表明在硫酸盐反应的动力学控制阶段,SO2的存在不影响CaO吸收痕量硒、砷的能力;在产物层扩散控制阶段,由于产物层传质阻力和SO2竞争的共同作用,CaO吸收痕量硒的能力下降,但同情况下CaO吸收痕量砷的能力不受影响,原因可能来自CaO吸收砷的反应速率快和脱硫产物CaSO4可以吸附As2O3两方面。关于CO2对CaO吸收痕量硒、砷的影响,实验表明在700760℃,浓度为15%的CO2使CaO吸收痕量硒的能力降低1235%;在6001000℃,CO2不影响CaO吸收痕量砷的能力。研究发现在700℃,当有CO2共存且CaO已被覆盖上CaCO3产物层时,SO2、SeO2和As2O3都可通过将已被CaO吸收的CO2置换出来进而代替它的位置与CaO结合的途径被吸收。以实验结论和反应动力学研究为基础,基于单个空间网格建立了中温烟气脱硫过程脱硫、脱硒、脱砷的脱除效率模型。经分析预测在700800℃范围,可以利用CaO作为吸收剂,在循环流化床反应器内对SO2、痕量SeO2和痕量As2O3进行联合脱除,脱硒效率可能随温度的升高而逐渐降低,而在700850℃范围可以实现高效联合脱硫、脱砷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 煤燃烧的污染问题
• 1.1.2 煤中有毒痕量元素的污染问题
• 1.1.3 燃煤硒污染
• 1.1.4 燃煤砷污染
• 1.1.5 国际上对痕量元素污染问题的态度
• 1.1.6 课题方向及技术背景
• 1.2 煤中硒、砷的赋存状态及析出、转化、排放规律
• 1.2.1 硒在煤中的赋存状态
• 1.2.2 硒在煤燃烧过程中的析出、转化、排放规律
• 1.2.3 砷在煤中的赋存状态
• 1.2.4 砷在煤燃烧过程中的析出、转化、排放规律
• 1.3 燃煤硒、砷污染控制文献综述
• 1.3.1 痕量元素的控制技术概述
• 1.3.2 燃煤痕量硒元素控制技术研究现状
• 1.3.3 燃煤痕量砷元素控制技术研究现状
• 1.3.4 关于联合脱除问题及主量气体影响问题的研究现状
• 1.4 脱硫产物层传质机理研究文献综述
• 1.5 课题思路和研究内容
• 1.5.1 课题思路
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 研究手段、实验方法及预备实验
• 2.1 研究手段
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 化学试剂
• 2.2.3 气路控制
• 2.2.4 样品消解
• 2.3 预备实验
• 2、As₂O₃升华特性的实验'>2.3.1 SeO₂、As₂O₃升华特性的实验
• 2.3.2 气体总流量的确定
• 2.3.3 TGA 中气固反应特点及吸收剂样品量的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 CAO 固硒、固砷的反应机理及温度的影响
• 3.1 CAO 固硒反应机理及温度的影响
• 3.1.1 CaO 固硒反应机理研究
• 3.1.2 温度对CaO 固硒反应速率的影响
• 3.1.3 与前人结论的对比分析
• 3.2 CAO 固砷反应机理及温度的影响
• 3.2.1 CaO 固砷反应机理研究
• 3.2.2 温度对CaO 固砷反应速率的影响
• 3.2.3 与前人结论的对比分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 脱硫产物层对CAO 吸收痕量硒、砷的影响
• 2 的影响'>4.1 脱硫产物层对CAO 吸收痕量SEO₂的影响
• 2O₃ 的影响'>4.2 脱硫产物层对CAO 吸收痕量AS₂O₃的影响
• 2 的影响规律'>4.3 脱硫产物层对CAO 吸收不同浓度SO₂的影响规律
• 4.4 通过固硫实验证明离子扩散传质机理
• 4.5 通过表面形貌观察证明离子扩散传质机理
• 4.6 用活性点位概念描述气固反应过程
• 4.7 脱硫产物层作为单独影响因素的讨论
• 4.8 本章小结
• 2 对CAO 吸收痕量硒、砷的影响'>第5章 SO₂ 对CAO 吸收痕量硒、砷的影响
• 2对CAO 吸收痕量硒的影响'>5.1 SO₂对CAO 吸收痕量硒的影响
• 2对CaO 吸收痕量硒的影响'>5.1.1 低浓度SO₂对CaO 吸收痕量硒的影响
• 2对CaO 吸收痕量硒的影响'>5.1.2 高浓度SO₂对CaO 吸收痕量硒的影响
• 2的影响因素分析'>5.1.3 硫酸盐反应对CaO 吸收痕量SeO₂的影响因素分析
• 5.1.4 与前人结论的对比分析
• 2对CAO 吸收痕量砷的影响'>5.2 SO₂对CAO 吸收痕量砷的影响
• 5.2.1 实验方案及结果
• 5.2.2 从反应动力学角度分析
• 4对As₂O₃具有吸附作用角度分析'>5.2.3 从CaSO₄对As₂O₃具有吸附作用角度分析
• 5.2.4 与前人结论的对比分析
• 2影响分析中温脱硫过程联合脱硒、脱砷的可行性'>5.3 从SO₂影响分析中温脱硫过程联合脱硒、脱砷的可行性
• 5.3.1 TGA 反应器与循环流化床反应器的区别和联系
• 5.3.2 脱硫反应器内脱硫剂平均所处反应阶段的讨论
• 5.3.3 中温脱硫过程联合脱硒的可行性
• 5.3.4 中温脱硫过程联合脱砷的可行性
• 5.4 本章小结
• 2对CAO 吸收痕量硒、砷的影响'>第6章 CO₂对CAO 吸收痕量硒、砷的影响
• 2、SO₂、SEO₂和As₂O₃ 的反应特性'>6.1 CAO 吸收CO₂、SO₂、SEO₂和As₂O₃的反应特性
• 2 对CAO 吸收痕量硒、砷影响的实验研究'>6.2 CO₂ 对CAO 吸收痕量硒、砷影响的实验研究
• 2 对CaO 吸收痕量SeO₂ 的影响'>6.2.1 CO₂ 对CaO 吸收痕量SeO₂的影响
• 2 对CaO 吸收痕量As₂O₃ 的影响'>6.2.2 CO₂ 对CaO 吸收痕量As₂O₃的影响
• 2 共存条件下CAO 吸收硫、硒、砷的机理'>6.3 高浓度CO₂ 共存条件下CAO 吸收硫、硒、砷的机理
• 2对CO₂ 的置换作用'>6.3.1 同时吸收过程中SO₂对CO₂的置换作用
• 2对CO₂ 的置换作用'>6.3.2 同时吸收过程中SeO₂对CO₂的置换作用
• 2O₃对CO₂的置换作用'>6.3.3 同时吸收过程中As₂O₃对CO₂的置换作用
• 6.4 两点补充
• 6.5 本章小结
• 第7章 反应动力学研究及脱除效率分析
• 7.1 反应动力学研究
• 7.1.1 反应动力学模型的选用
• 7.1.2 CaO 固硫反应动力学研究
• 7.1.3 CaO 固砷反应动力学研究
• 7.1.4 CaO 固硒反应动力学研究
• 7.1.5 CaO 固硫、固砷、固硒反应动力学数据汇总
• 7.2 脱除多种污染物的效率分析
• 7.2.1 理论分析的依据
• 7.2.2 建立描述脱除效率的模型
• 7.2.3 中温脱硫过程联合脱硒、脱砷效果的初步预测
• 7.3 本章小结
• 第8章 结论
• 8.1 研究总结
• 8.2 需进一步开展的工作和拓展研究
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果