改性处理活性炭纤维吸附氧化脱除SO2/NOX/Hg的研究

鉴于我国目前燃煤排放SO2、NOx和Hg造成的环境污染严重状况,干法同时脱除技术具有脱除效率高、成本低、无二次污染以及便于布置等优点,特别是活性炭纤维（ACF）作为一种新型的炭质催化吸附材料,较以往的颗粒状活性炭、粉状活性炭,拥有更优越的吸附和脱附再生性能。虽然从上世纪60年代起国外已开始研制ACF,近年来国内外开始研究将其用于烟气净化,已取得了一些成果。其主要对脱除单种污染物的研究较多,但对于吸附氧化除汞研究较少,同时脱除SO2/NOx/Hg0的情况则比较复杂,目前这方面的研究更少,因此仍有不少问题值得深入探讨。本课题提出了对ACF合适的改性方法,以满足同时脱除SO2/NOx/Hg0的需要;并深入研究了改性ACF同时脱硫、脱硝和除汞的表面吸附过程和吸附机理,以及脱除性能,将复杂的反应过程清晰化;运用“混合模型法”建立了反应器模型;进行了实际燃煤电厂烟气同时脱除SO2/NOx/Hg的工艺系统设计及技术经济可行性分析。本课题研究开拓了ACF这种新型材料在大气污染控制工程中同时脱除多种污染物的环保应用前景,将对我国的燃煤污染物治理技术的发展及国产化有着重大的意义。 本文针对同时脱除SO2/NO/Hg多种污染物的要求,研究同时引进含氧官能团和含氮官能团的改性方法,并对改性前后的表面特性进行了分析研究。试验结果表明,经硫酸处理再经氨水溶液处理后,ACF表面含氧官能团特别是含氮官能团显著增加,对低温吸附氧化脱除SO2/NOx/Hg是十分有效的。用吸附能这一参数分析证明改性处理后化学吸附贡献量的增加是主要的。 进行了同时脱除SO2/NO/Hg的实验研究,并分析其反应机理及影响因素。当SO2、NO同时存在时,活性炭纤维的脱硫性能有所提高,但对于NO的吸附有不利影响。Hg对SO2、NO的脱除影响不大,然而SO2和NO2同时存在对Hg0的吸附有不利影响,NO和NO2则有利于Hg0的吸附氧化。烟气中O2和H2O浓度高,有利于脱硫脱硝除汞,但过多的氧和水分将影响吸附。 在大量实验研究获得的数据的基础上,结合机理分析,考虑多种污染物同时脱除的主要影响因素,建立了ACF脱除SO2/NO/Hg反应器内浓度瞬态分布的数学模型;研究了传递过程对脱除污染物反应速率的影响,并将ACF与GAC的传递过程进行了比较。通过实验数据拟合建立了阻力计算数学模型。运用数学模型及实验数据对一些主要参数进行优化选择。 评价了ACF脱附性能,分别采用水洗脱附和负压热空气脱附方法进行了脱附实验。认为负压热空气脱附具有较好的工业运用价值。 进行了ACFs脱除SO2/NOx/Hg一体化工艺设计及技术经济比较。按脱硫效率90%,脱NOx效率40%,Hg部分脱除。提出了两种方案:方案一,在ACF反应器中同时脱除SO2/NOx/Hg,布置在主体工程引风机与烟囱之间的烟道上。方案二,是针对已设有FGD系统的电厂,ACF主要脱除NOx和Hg,反应器从FGD吸收塔出口至GGH进口的净烟道上并联接出。对工艺系统的主要设备进行了选型,并运用PDMS软件进行了三维布置设计。