生物质颗粒活性炭关联脱除烟气污染物的实验研究

论文摘要

生物质活性炭以可再生资源为原料,用以吸附燃煤烟气中的多种污染物,包括二氧化硫,氮氧化物以及重金属元素汞等,具有经济性优越、性能优良的特点。本文首先综述了烟气污染物综合治理技术以及活性炭法烟气污染防治的国内外研究现状；以降低成本、方便获取、清洁生产为目的,自行研制了热解-活化连续进行的制炭炉系统,利用锯末、秸秆、秸秆掺10%煤、棉籽皮四种生物质原料的致密化成型颗粒制取了活性炭。制炭过程热解升温速率为5K/min,热解终温为450℃；活化阶段升温速率为10K/min,活化终温为800℃,生物质颗粒活性炭机械强度较高。通过气体吸附仪和电镜一能谱仪分析了生物质活性炭的品质,锯末颗粒炭比表面积可达810m2/g,而农作物颗粒活性炭比表面积较高,因负载碱金属氧化物,促进炭表面形成更多的碱性官能团,利于吸附脱除酸性污染物气体。本文利用生物质颗粒活性炭,逐级进行了脱除燃煤烟气污染物的实验研究,利用立式固定床管式炉反应器,对活性炭进行了单层/多层布置后的脱污实验。活性炭层对烟气中的二氧化硫选择性吸附,适于物理吸附脱除二氧化硫气体；经氨水浸泡处理的活性炭层,对提高催化还原的脱硝效率有利；而布置在冷却段之后的低温吸附层,则可高效脱除烟气中残余硫和重金属汞。在本文实验条件下,锯末活性炭在2小时工作周期内脱硫效率维持在90%、脱硝效率70%以上,其脱汞效率可达40%左右,其在较低的温度（70-90℃）下具有卓越的吸附性能；经氨水浸泡处理后炭层,提高了其在较高温度（130℃）下的脱硝效率；再生炭的脱硫脱硝效率不会下降；秸秆加煤材料的活性炭在工作周期内维持脱硫效率95%以上和脱硝效率85%以上,其机械强度、物理吸附（工作温度70℃时）和化学吸附（中温110℃）性能均具有独特的优势。棉籽皮活性炭在低温（70℃）与中温（110℃）下,联合脱污性能达到了比较理想的效果：在工作周期内,低温工作可保持脱硫效率95%以上,脱硝效率70%左右,脱汞效率43%以上；中温工作能保持脱硫效率99%以上,脱硝效率80%左右,脱汞效率30%左右。本文结合工程实际背景,进行了活性炭干法烟气脱污的实验研究,得到了联合脱除燃煤烟气多污染物的系列结论。棉籽皮活性炭,既具有较为理想的物理吸附性能,也具有良好的化学吸附性能,其脱硫脱硝脱汞性能均达到了较高水平。本文的研究工作对活性炭法脱除烟气污染物反应器的设计和应用有重要的指导意义和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 生物质活性炭的利用与意义
• 1.1.1 活性炭简介
• 1.1.2 生物质活性炭的制备和利用
• 1.2 燃煤烟气污染物联合脱除技术
• 1.2.1 烟气联合脱污的意义
• 1.2.2 烟气脱污单脱技术
• 1.2.3 烟气联合脱污技术
• 1.3 活性炭法烟气联合脱污技术
• 1.3.1 活性炭法烟气联合脱污技术现状
• 1.3.2 活性炭法烟气联合脱污工艺特点
• 1.3.3 生物质活性炭烟气联合脱污的优点
• 1.4 本论文的研究内容与研究路线
• 第2章 生物质颗粒活性炭的制备和品质分析
• 2.1 生物质颗粒活性炭的制备过程
• 2.1.1 制炭炉系统介绍
• 2.1.2 活性炭的制备
• 2.2 生物质颗粒活性炭的品质分析
• 2.2.1 工业分析
• 2.2.2 炭原料及炭产品的工业分析
• 2.2.3 气体吸附仪测试分析
• 2.2.4 活性炭的能谱分析
• 2.2.5 活性炭的电镜分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 一段式吸附床烟气脱污的实验研究
• 3.1 实验仪器简介
• 3.2 活性炭的脱污实验
• 3.3 单炭层脱硫脱硝实验结果分析
• 3.3.1 工作温度对脱硫脱硝性能的影响
• 3.3.2 炭材料对脱硫脱硝性能的影响
• 3.3.3 加氨强化活性炭的脱硝性能分析
• 3.3.4 再生次数对脱硫脱硝性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 两段式吸附床烟气脱污的实验研究
• 4.1 两段式吸附床联合脱污实验系统
• 4.2 两段式吸附床联合脱污性能结果分析
• 4.2.1 不同炭层对联合脱污性能的影响
• 4.2.2 工作温度对活性炭联合脱污性能的影响
• 4.2.3 原材料对活性炭联合脱污性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 生物质活性炭脱汞的实验研究
• 5.1 生物质活性炭脱除单质汞的实验
• 5.2 实验结果及分析
• 5.2.1 炭材料对脱除单质汞性能影响
• 5.2.2 工作温度对脱除单质汞性能影响
• 2质量浓度对活性炭汞吸附效率的影响'>5.2.3 SO₂质量浓度对活性炭汞吸附效率的影响
• 5.3 活性炭联合脱污实验中脱汞性能研究
• 5.3.1 联合脱污中工作温度对脱汞性能的影响
• 5.3.2 活性炭种类对脱汞性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 三段式吸附床烟气脱污的实验研究
• 6.1 三段式吸附床联合脱污系统
• 6.2 制炭及再生
• 6.3 炭微孔形貌及其负载元素
• 6.4 联合脱污性能分析
• 6.4.1 工作温度对脱硫效率的影响
• 6.4.2 工作温度对脱硝效率的影响
• 6.4.3 工作温度对脱汞效率的影响
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结及展望
• 7.1 总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢