·236 北京科技大学学报 第36卷 性活性中心被完全占据，此时大量存在的表面催化 实验装置图见图1.当打开球阀1，关闭球阀2时， 活性中心将持续与SO发生反应，从而表现出炭床 经过配比后的模拟烟气不通过吸附柱，直接通过球 出口浓度曲线在穿透后一段时间保持较为稳定平缓 阀1进入排气管，此时烟气分析仪测量的是进口烟 的现象1习.即随着$0，穿透炭床后，其出口浓度并 气S02质量浓度：测得进口S02质量浓度后，关闭球 没有逐渐增大，直至接近进口浓度，而是稳定在某一 阀1，打开球阀2，经过配比和加热后的模拟烟气通 出口浓度后并保持较长时间，其穿透曲线上有一段 过球阀2后进入吸附柱，反应后烟气经过吸附柱后 较长的平缓区，本文所测出口浓度即为穿透曲线达 从上部进入排气管，此时烟气分析仪测量的是出口 到平衡时的浓度，而不考虑吸附初始时出口浓度上 烟气S02质量浓度.吸附柱内活性炭床层内径100 升阶段.因此本文认为所研究的反应速率为活性炭 mm,高度400mm,项部设有淋水喷头和可拆卸的法 表面催化活化中心对$02的催化反应速率. 兰，可以采取喷淋和浇灌两种方法，本实验采用浇灌 在前人的实验研究中，对于烟气线速度对活性 方式再生，水洗前打开顶部法兰，用烧杯装清水并从 炭脱除SO,的影响研究大都集中在停留时间与脱硫 炭床顶部浇灌，总水洗量均为10L,所用时间约3 率的关系上，针对反应速率与烟气线速度之间的关 min.测量部分所用仪器包括德国MRU增强型烟气 系研究很少；对于烟气中$02质量浓度对脱硫效率 分析仪，S02量程0~0.5%，精度±5%测量值，分辨 的影响研究，大都集中在对吸附硫容的影响上，并没 率1×10-6，GXH-105红外线分析仪，C02量程0~ 有指出SO,质量浓度与催化反应速率及反应速率变 100%,精度2.5% 化率之间的关系：对于C02体积分数对活性炭脱硫 9 性能的影响研究，众多文献也集中于其对吸附硫容 的影响上B0.本文针对水洗后活性炭的吸附特性 进行实验设计和安排，得到了不同烟气线速度和 C02体积分数下S02质量浓度沿床层分布曲线，从 而得到不同烟气线速度、S02质量浓度和C02体积 16 分数下活性炭吸附SO2的速率以及速率变化规律. 1314 1 实验部分 1一空压机：2一旋转阀：3一S02气瓶：4一C02气瓶：5一微调阀： 6一流量计：7一缓冲罐：8一流量计：9一球阀1：10一球阀2：11一 1.1实验装置 加热器：12一吸附塔：13一储酸罐：14一酸泵：15一温度计：16一球 在固定床水洗再生工艺中，由于水洗不彻底，部 阀3：17一喷头：18一S02检测仪：19一C02检测仪 分硫酸填充在活性炭孔隙中，使$02和O2分子很难 图1实验过程流程图 Fig.1 Flow chart of the experimental process 充分到达活性炭孔隙内部，从而降低了活性炭对 S0,的吸附和氧化速率，烟气在进入水洗后的活 1.2实验过程和内容 性炭后，会形成一个较长的传质吸附区，利用实验得 实验所用活性炭经过了多次吸附水洗后，其吸 到不同条件下传质区内吸附质浓度随床层高度分布 附性能达到稳定.通过前期大量实验表明，水洗后 曲线，通过研究所得曲线变化率可以得到不同工况 的活性炭吸附开始后出口SO,质量浓度会持续升 对水洗脱附活性炭催化氧化SO2效率的影响效果. 高，在3h内达到稳定，此时脱硫率会保持一定水平 实验采用某煤基柱状颗粒活性炭，该活性炭颗 并持续20h以上，因此本实验将反应达到稳定后的 粒为多孔材料，颗粒直径5mm,比表面积为104.5 出口质量浓度作为实验所得出口质量浓度.以进口 m2·g,总孔容为0.08596mL·g,颗粒内以0.8nm S02质量浓度为3139mg·m3的气体以确定的烟气 的微孔为主，平均孔径为3.291nm回.实验装置包 线速度通过厚度为400mm的活性炭床层，当出口质 括供气部分、脱硫反应部分、再生部分及测量部分. 量浓度达到稳定后，以该稳定值作为下一步实验的 供气部分包括空压机、二氧化硫气源、二氧化碳气 进口S0,质量浓度，依次类推，直到出口质量浓度到 源、混合罐及加热罐，由于烟气中的氧气体积分数在 达300mg'm-3以下停止实验，此时得到的一组数据 8%左右，再增加含氧量对脱硫效率影响不大回，因 可作一条曲线。改变烟气线速度或其他条件，重复 此为了简化实验过程，配气部分采用在空气中配比 上述步骤，可得到另一条曲线. 一定的S02和C02来模拟烟气，烟气温度为50℃. 本实验总共包括六组实验，每组实验的内容及 脱硫反应部分主要过程发生在有机玻璃吸附柱内， 条件如表1所示.北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 性活性中心被完全占据，此时大量存在的表面催化 活性中心将持续与 SO2 发生反应，从而表现出炭床 出口浓度曲线在穿透后一段时间保持较为稳定平缓 的现象［1--2］． 即随着 SO2 穿透炭床后，其出口浓度并 没有逐渐增大，直至接近进口浓度，而是稳定在某一 出口浓度后并保持较长时间，其穿透曲线上有一段 较长的平缓区，本文所测出口浓度即为穿透曲线达 到平衡时的浓度，而不考虑吸附初始时出口浓度上 升阶段． 因此本文认为所研究的反应速率为活性炭 表面催化活化中心对 SO2 的催化反应速率． 在前人的实验研究中，对于烟气线速度对活性 炭脱除 SO2 的影响研究大都集中在停留时间与脱硫 率的关系上，针对反应速率与烟气线速度之间的关 系研究很少; 对于烟气中 SO2 质量浓度对脱硫效率 的影响研究，大都集中在对吸附硫容的影响上，并没 有指出 SO2 质量浓度与催化反应速率及反应速率变 化率之间的关系; 对于 CO2 体积分数对活性炭脱硫 性能的影响研究，众多文献也集中于其对吸附硫容 的影响上［3--10］． 本文针对水洗后活性炭的吸附特性 进行实验设计和安排，得到了不同烟气线速度和 CO2 体积分数下 SO2 质量浓度沿床层分布曲线，从 而得到不同烟气线速度、SO2 质量浓度和 CO2 体积 分数下活性炭吸附 SO2 的速率以及速率变化规律． 1 实验部分 1. 1 实验装置 在固定床水洗再生工艺中，由于水洗不彻底，部 分硫酸填充在活性炭孔隙中，使 SO2 和 O2 分子很难 充分到达活性炭孔隙内部，从而降低了活性炭对 SO2 的吸附和氧化速率［11］，烟气在进入水洗后的活 性炭后，会形成一个较长的传质吸附区，利用实验得 到不同条件下传质区内吸附质浓度随床层高度分布 曲线，通过研究所得曲线变化率可以得到不同工况 对水洗脱附活性炭催化氧化 SO2 效率的影响效果． 实验采用某煤基柱状颗粒活性炭，该活性炭颗 粒为多孔材料，颗粒直径 5 mm，比表面积为 104. 5 m2 ·g － 1，总孔容为 0. 08596 mL·g － 1，颗粒内以 0. 8 nm 的微孔为主，平均孔径为 3. 291 nm［12］． 实验装置包 括供气部分、脱硫反应部分、再生部分及测量部分． 供气部分包括空压机、二氧化硫气源、二氧化碳气 源、混合罐及加热罐，由于烟气中的氧气体积分数在 8% 左右，再增加含氧量对脱硫效率影响不大［4］，因 此为了简化实验过程，配气部分采用在空气中配比 一定的 SO2 和 CO2 来模拟烟气，烟气温度为 50 ℃ ． 脱硫反应部分主要过程发生在有机玻璃吸附柱内， 实验装置图见图 1． 当打开球阀 1，关闭球阀 2 时， 经过配比后的模拟烟气不通过吸附柱，直接通过球 阀 1 进入排气管，此时烟气分析仪测量的是进口烟 气 SO2 质量浓度; 测得进口 SO2 质量浓度后，关闭球 阀 1，打开球阀 2，经过配比和加热后的模拟烟气通 过球阀 2 后进入吸附柱，反应后烟气经过吸附柱后 从上部进入排气管，此时烟气分析仪测量的是出口 烟气 SO2 质量浓度． 吸附柱内活性炭床层内径 100 mm，高度 400 mm，顶部设有淋水喷头和可拆卸的法 兰，可以采取喷淋和浇灌两种方法，本实验采用浇灌 方式再生，水洗前打开顶部法兰，用烧杯装清水并从 炭床顶部浇灌，总水洗量均为 10 L，所用时间约 3 min． 测量部分所用仪器包括德国 MＲU 增强型烟气 分析仪，SO2 量程 0 ～ 0. 5% ，精度 ± 5% 测量值，分辨 率 1 × 10 － 6，GXH--105 红外线分析仪，CO2 量程 0 ～ 100% ，精度 2. 5% ． 1—空压机; 2—旋转阀; 3—SO2 气瓶; 4—CO2 气瓶; 5—微调阀; 6—流量计; 7—缓冲罐; 8—流量计; 9—球阀 1; 10—球阀 2; 11— 加热器; 12—吸附塔; 13—储酸罐; 14—酸泵; 15—温度计; 16—球 阀 3; 17—喷头; 18—SO2 检测仪; 19—CO2 检测仪 图 1 实验过程流程图 Fig． 1 Flow chart of the experimental process 1. 2 实验过程和内容 实验所用活性炭经过了多次吸附水洗后，其吸 附性能达到稳定． 通过前期大量实验表明，水洗后 的活性炭吸附开始后出口 SO2 质量浓度会持续升 高，在 3 h 内达到稳定，此时脱硫率会保持一定水平 并持续 20 h 以上，因此本实验将反应达到稳定后的 出口质量浓度作为实验所得出口质量浓度． 以进口 SO2 质量浓度为 3139 mg·m － 3的气体以确定的烟气 线速度通过厚度为 400 mm 的活性炭床层，当出口质 量浓度达到稳定后，以该稳定值作为下一步实验的 进口 SO2 质量浓度，依次类推，直到出口质量浓度到 达 300 mg·m － 3以下停止实验，此时得到的一组数据 可作一条曲线． 改变烟气线速度或其他条件，重复 上述步骤，可得到另一条曲线． 本实验总共包括六组实验，每组实验的内容及 条件如表 1 所示． · 632 ·