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活性焦烟气脱硫属于干法脱硫技术,是很有前景的脱硫技术之一,该技术脱硫效率高且脱硫过程不消耗水,并且能够同时脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物。采用农业废弃物如稻秸和玉米秸秆制备活性焦不仅可降低活性焦成本,而且可获得良好的吸附效果,开展生物质活性焦的脱硫脱硝性能研究具有一定的理论意义和实用价值。
在管式炉中制备了三种生物质(稻秸、玉米秆和玉米芯)活性焦,通过不同热解温度、热解保持时间、添加水蒸气活化制备出稻秸焦(RSC)、玉米秆焦(CSC)、玉米芯焦(CCC),并分别用HNO3和KOH对RSC和CSC活性焦采用酸洗碱洗化学活化方法进行了改性处理。为了考察生物质活性焦的物理化学特性,分别采用扫描电镜、氮吸附法以及XPS分析方法分析了表面形貌、孔结构特性和表面化学性质。
实验考察了制备过程对活性焦脱硫脱硝性能的影响。结果表明:800℃下添加水蒸气活化10min获得的焦样脱硫脱硝性能最佳。同时,还对反应温度、空速、干湿烟气等因素对脱硫脱硝的影响进行了实验研究。结果表明:活性焦的脱硫脱硝性能基本上是随着反应温度的升高而下降;降低空速有助于提高活性焦脱硫脱硝性能;烟气中含水促进了脱硫性能,对脱硝影响不大。CSC活性焦对于SO2脱除效果较好,而RSC活性焦对于NO脱除效果较好。CCC活性焦脱除SO2和NO的效果不佳。
酸洗碱洗提高了活性焦的比表面积,增加了微孔面积和孔容,从而提高了活性焦的吸附性能。RSC经过酸活化后比表面积从83.52m2/g提高到396.19m2/g,孔容从0.05cm3/g提高到0.20cm3/g;CSC经过碱活化后比表面积从247.22m2/g提高到493.62m2/g,孔容从0.14cm3/g提高到0.28cm3/g。活性焦的比表面积和孔容等孔结构特性是影响脱硫的重要因素,比表面积也在一定程度上影响脱硝,但脱硝并不与比表面积成正比,还取决于表面化学性质。酸洗碱洗还改变了活性焦的表面化学性质:提高了表面官能团π→π*和N-6含量从而可促进脱硫性能的提高;提高表面含氧官能团C-O、含氮官能团N-6以及N-Q含量有利于脱硝性能的提高。
实验考察了酸洗碱洗对活性焦脱硫脱硝性能的影响。结果表明:脱硫性能显著提高,脱硝性能略有改善,其中碱活化有利于提高脱硫性能,酸活化有利于提高脱硝性能。本实验中碱洗玉米秆焦CSC-K获得最大硫容为92.89mg/(g coke),酸洗稻秸焦RSC-N获得最大硝容为9.10mg/(g coke)。