沥青球的流态化氧化行为研究

论文摘要

沥青基球状活性炭是以沥青为原料,经破碎、成球、氧化不熔化、炭化和活化等工艺过程制备而得。其中,氧化不熔化是制备沥青基球状活性炭过程中最为耗时、耗能的关键步骤,直接制约制备成本。目前,工业中普遍采用的氧化不熔化反应器为箱式氧化炉,存在氧化效率低,能耗大、易烧料等缺点。因此,开发一种新型高效沥青球氧化反应器具有重要的现实意义。本论文首次采用流化床反应器成功实现了对沥青球的高效氧化,并通过强化流化床系统中的传热和传质过程,使沥青球的氧化效率比传统反应器提高5倍以上。此外,将氧化后沥青球进行炭化、活化处理,制备了沥青基球状活性炭,并考察了其对CO2的吸附性能。用自制流化床反应器研究了沥青球的氧化过程,考察了沥青球的流化特性和氧化效果。当流化床进口气速达到0.21 m/s时,沥青球开始流化,并随之进入鼓泡阶段。在此流化条件下,以0.5℃/min速率升至300℃,并恒温2 h对沥青球进行氧化处理,得到表面形貌完好的氧化沥青球。将得到的氧化沥青球进行炭化处理,可以制得球体表面光滑、无裂纹的炭化球。在流化床反应器中,气固接触充分,气膜传质阻力小,利于氧分子向沥青球内部扩散,因此有效促进了沥青球的氧化,提高了沥青球的氧化效率。将炭化球在900℃下进行水蒸气活化,制得了沥青基球状活性炭。通过控制活化时间（10-60 min）,调节了沥青基球状活性炭的孔结构。同时,考察了所制沥青基球状活性炭对二氧化碳的吸附行为。结果表明,25℃、气体流量50 ml/min（C02与N2体积比为1：4）时,沥青基球状活性炭对CO2的吸附量为0.66 mmol/g。沥青基球状活性炭对CO2的吸附属于物理吸附,吸附量受温度、CO2浓度、湿度、气体流量等因素的影响。吸附温度越低、CO2浓度越高,吸附量越大；随着气体流量和湿度的增加,吸附量减少。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 球状活性炭的分类
• 1.1.1 煤基球状活性炭
• 1.1.2 高分子基球状活性炭
• 1.1.3 沥青基球状活性炭
• 1.2 沥青基球状活性炭的制备
• 1.2.1 沥青球的制备
• 1.2.2 沥青球的氧化不熔化
• 1.2.3 不熔化沥青球的炭化
• 1.2.4 活化
• 1.3 球状活性炭的应用前景
• 1.3.1 工业应用
• 1.3.2 医学应用
• 1.3.3 食品和农业应用
• 1.3.4 环境保护应用
• 1.3.5 军事应用
• 1.3.6 其他应用
• 1.4 课题的提出
• 第2章 流化床反应器的设计
• 2.1 流态化及其特征
• 2.1.1 流态化现象
• 2.1.2 流化床的性质
• 2.1.3 流态化流型
• 2.2 流化床反应器的设计
• 2.2.1 固体颗粒的性质和分类
• 2.2.2 流化床主体
• 2.2.3 临界流态化速度
• 2.2.4 气体分布板
• 2.3 本章小结
• 第3章 流态化下氧化升温速率对沥青球氧化及其炭化行为的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 样品制备
• 3.2.2 分析表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 临界流态化速度测定
• 3.3.2 升温速率对氧化球和炭化球表面形貌的影响
• 3.3.3 不同升温速率下沥青球氧化TG分析
• 3.3.4 不同升温速率下氧化沥青球红外分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 流态化下氧化温度对沥青球氧化及其炭化行为的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 样品制备
• 4.2.2 分析表征
• 4.3 氧化行为分析
• 4.3.1 氧化温度确定
• 4.3.2 FT-IR分析
• 4.3.3 元素分析
• 4.3.4 组分分析
• 4.4 炭化行为分析
• 4.4.1 炭化球表面形貌分析
• 4.4.2 TG分析
• 4.5 本章小结
• 2的吸附性能'>第5章 水蒸气活化制备沥青基球状活性炭及其对CO₂的吸附性能
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 材料的制备
• 2的吸附'>5.2.2 CO₂的吸附
• 5.2.3 分析表征与计算
• 5.3 水蒸气活化制备PSAC
• 5.3.1 表面形貌分析
• 5.3.2 收率及表观密度分析
• 5.3.3 孔结构分析
• 2吸附行为分析'>5.4 PSAC对CO₂吸附行为分析
• 5.4.1 温度对吸附性能的影响
• 2浓度对吸附性能的影响'>5.4.2 CO₂浓度对吸附性能的影响
• 5.4.3 湿度对吸附性能的影响
• 5.4.4 气体流量对吸附性能的影响
• 5.4.5 吸附剂的再生性能研究
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 工作结论
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 发表论文情况
• 致谢