NO_x吸附剂性能及其脱除装备研究

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燃煤锅炉烟气中排放出的NOx引发了包括雾霾、酸雨及光化学烟雾等在内的一系列环境问题进而严重威胁到人类的健康。针对现有烟气脱硝技术普遍存在的多组分气体脱除效率低、容易造成二次污染及催化剂易被烟气中复杂成分造成中毒等问题,本文提出了一种先吸附再脱附然后集中脱除的方法脱除模拟锅炉烟气中的NOx。本文以市场上现有的聚丙烯腈活性炭纤维毡为原料,把经过预处理以及硝酸改性后的活性炭纤维样品作为氮氧化物的吸附剂,利用比表面积测试仪以及Boehm滴定法对活性炭纤维样品的物理、化学吸附性能进行表征;首先利用实验室配气的形式研究不同处理方式、吸附温度、O2浓度及烟气流速对活性炭纤维吸附NO效率的影响;接着对最佳吸附工况下的吸附剂进行了脱附实验,进而研究了多次脱附对活性炭纤维吸附容量的影响;其次,运用COMSOL软件中的流场计算模块和多组分物质浓度场计算模块对活性炭纤维物理吸附NO过程进行了数值模拟;最后,基于以上实验研究以实际燃煤锅炉为例设计了一套烟气脱硝系统,并计算出实际吸附剂用量及其布置方式。研究结果如下:(1)N2环境下,经过硝酸改性之后的活性炭纤维增加了其表面的含氧官能团,促进了ACF-AR对NO的化学吸附,在150℃下ACF-AR对NO的吸附效率为19.6%;随着温度的升高,ACF-AR对NO的吸附效率先升高后降低,最佳吸附温度为150℃;O2的存在有利于活性炭纤维对NO的吸附,当O2浓度达到8%时,活性炭纤维对NO的吸附效率几乎不变,此时吸附效率为42.5%;烟气流速对活性炭纤维吸附NO也有一定的影响,流速越大越不利于活性炭纤维对NO的吸附;综合以上结果得到最佳吸附条件为吸附温度为150℃、O2浓度为8%、烟气流速为0.038m/s时,活性炭纤维对NO的吸附效率为42.5%。(2)对吸附完成后的活性炭纤维进行脱附实验,利用TG分析得到最适的脱附温度为300℃,在吸附-脱附循环实验中得到活性炭纤维的吸附容量随着循环次数的增加而不断降低,且降低趋势在逐渐减小,最终趋于4.2mg NO/gACF。(3)模拟过程中,同样考虑了吸附温度、O2浓度以及气体流速对活性炭纤维吸附NO的影响,得到的结论与实验结果基本一致:温度越高、O2浓度为8%、气体流速越小,活性炭纤维对NO的吸附效率越高。(4)以12000Nm3/h烟气量的实际燃煤锅炉为例,经计算得知,吸附周期为30天,需要活性炭纤维的用量为1174kg,最终排放到环境中的烟气氮氧化物浓度由开始的80 mg/m3增加到97.5 mg/m3,达到国家环保部规定的氮氧化物排放标准要求。
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