柱狀活性炭脫硫脫氮工作原理

我國大部分火電廠面臨著加強控制機SO2和NOx排放問題。目前限制推廣脫硫脫氮技術的主要因素是初投資大、運行費用高、治污產(chǎn)物利用難、存在已訂車很多股的二次污染。

柱狀活性炭吸附法脫硫脫氮技術具有能夠?qū)崿F(xiàn)治污產(chǎn)物資源化利用，脫硫脫氮效率高等優(yōu)點，被認為是一種發(fā)展前景的脫硫脫氮技術。在各種煙氣治理方法中，活性炭吸附法是**一種能脫附煙氣中每一種雜質(zhì)的方法，其中包括SO2、氮氧化物、煙塵粒子、汞、二惡英、呋喃、重金屬、揮發(fā)分有機物及其它微量元素。發(fā)展此類煙氣脫硫脫氮技術，有效控制我國燃燒SO2和NOx排放，對于國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

1.柱狀活性炭脫硫脫氮原理

1.柱狀活性炭脫硫原理

柱狀活性炭對SO2的吸附包括物理吸附和化學吸附。當煙氣中無水蒸汽和氧氣存在時，主要發(fā)生物理吸附，吸附量較小。當煙氣中含有足量水蒸汽和氧，柱狀活性炭法煙氣脫硫除塵器是一個化學吸附和物理吸附同時存在的過程，首先發(fā)生的是物理吸附，然后在有水和氧氣存在的條件下將吸附到活性炭表面的SO2催化氧化為H2SO4，二氧化硫的吸附量增大。

1.2柱狀活性炭脫氮原理

利用柱狀活性炭脫氮的技術可以分為吸附法、NH3選擇性催化還原法和熾熱炭還原法。

吸附法是利用柱狀活性炭的微孔結構和官能團吸附NOx,并將反應活性較低的NO氧化為反應活性較高的NO2。關于柱狀活性炭吸附NOx的機理，研究人員還存在較大的分歧。NH3選擇性催化還原法是利用柱狀活性炭吸附NOx,降低NOx與NH3的反應活化能，提高NH3的利用率。

熾熱炭還原法是在高溫下利用炭與NOx反應生成CO2和N3。其優(yōu)點是不需要催化劑，固體炭質(zhì)價格便宜，來源廣，反應生成的熱量可以回收利用。然而動力學研究表明，O2于炭的反應先于NOx與炭的反應，故煙氣中O2的存在使炭的消耗量增大。

2.機理性研究

2.1 有H2O

存在時的柱狀活性炭脫硫反應過程，柱狀活性炭法煙氣脫硫不同于其他的煙氣脫硫技術，是以傳統(tǒng)的微孔吸附原理為理論基礎的一門技術。然而，這種吸附作用于常用的工業(yè)吸附凈化水的技術有著很大的區(qū)別，由于涉及到多組分物質(zhì)的吸附傳質(zhì)，使其吸附作用十分復雜。在有水存在的條件下，在柱狀活性炭表面附近、表面上、中孔大孔內(nèi)以及微孔內(nèi)，均可能形成水、水蒸汽、SO2、SO32-、SO42-等多種組分的復雜混合體，這些分子和離子的存在和數(shù)量，或可促進吸附性能的提高，也有可能制約柱狀活性炭的吸附能力。H2O的參與從根本上改變了SO2在炭表面的反應機理，有關具體反應過程中的假說眾說紛紜。

**種認為SO2和O2存在競爭活性位的現(xiàn)象，在可能存在的三種氧化反應中，只有下式可以順利進行：

C-SO2+O2+C→C-SO3+C-O，即只有氣態(tài)的氧才可以與吸附態(tài)的SO2反應。任務內(nèi)H2O、SO2和O2分子可被柱狀活性炭吸附，只要它們之間滿足足夠近的距離和一定的空間構型，彼此之間就可以直接反應，并*終生成H2SO4。在這種理論模型中，氧化反應式為：C-SO2+C-O→C-SO3+C上式為反應的控制步驟，而其余步驟的反應都依賴于該反應的順利進行。

第二種認為H2O的參與改變了SO2在炭表面的反應機理，在無H2O的條件下，氧化反應不能進行。在有水存在的條件下，柱狀活性炭表面的吡喃酮官能團和離域TT電子均會與H2O分子反應生成H2O2,而H2O2可以將SO2溶于水后形成H2SO2氧化成為H2SO4。經(jīng)過多年深入細致的理論分析和實驗研究，認為在有水存在的條件下，有效吸附位的數(shù)量并非是由微孔溶劑和微孔數(shù)量決定的，微孔填充理論并不適用于水洗脫附條件下的柱狀活性炭脫硫，理論均不適用于此種技術，第二種理論分析是一種較為合理的解釋，柱狀活性炭表面應遵循以下反應式：

SO2·H2O+H2O2→2H++SO2-4+H2O

2.2柱狀活性炭選擇吸附SO2和NOx

對柱狀活性炭脫硫脫氮性能和機理以及SO2和NOx在柱狀活性炭上競爭吸附的機理進行了深入的研究。以高純度的SO2、空氣和水蒸汽的混合氣體來模擬實際工業(yè)煙氣，研究表明，柱狀活性炭對SO2的吸附主要是化學吸附，柱狀活性炭具有較高的脫硫效率，脫硫效率大于96%，以高純度的NOx、空氣和水蒸汽的混合氣體來模擬實際工業(yè)煙氣，研究表明，柱狀活性炭對NOx的吸附包括物理吸附和化學吸附，在氣流中無SO2氣體存在的條件下，柱狀活性炭具有較高的脫氮效率，柱狀活性炭達到動態(tài)吸附平衡是，脫氮效率大于75%。

以高純度的SO2、NOx、空氣和水蒸汽的混合氣體來模擬實際工業(yè)煙氣，研究表明，氣流中同時存在SO2和NOX時，柱狀活性炭吸附SO2的容量和吸附飽和時間增加，而脫硫效率、吸附速度和吸附帶長度變化很小。由于物理吸附的NOx被SO2置換解析，柱狀活性炭吸附SO2的容量和動態(tài)吸附平衡時間急劇下降，脫氮效率很低，NOx的吸附帶長度增加，吸附速度下降。SO2和NOx都不會單獨占據(jù)柱狀活性炭吸附中心，而是共同存在與柱狀活性炭吸附中心，柱狀活性炭有限選擇吸附SO2，物理吸附的NOx被SO2置換解析。化學吸附的NOx能夠促進柱狀活性炭對SO2的吸附。SO2也能夠促進柱狀活性炭對NOx的吸附。