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改性活性炭烟气脱硫脱硝的再生性能研究

2021-03-30 来源:客趣旅游网
第41卷第7期 2013年4月 广州化工 Vo1.41 No.7 April.2013 Guangzhou Chemical Industry 改性活性炭烟气脱硫脱硝的再生性能研究半 吴锦京 ,石清爱 (1丽水学院,浙江丽水323000;2大连理工大学,辽宁大连116012) 摘 要:采用浸渍法对活性炭进行表面改性处理,在改性活性炭脱硫脱硝性能研究后,用热再生法,对改性活性炭进行再 生吸附模拟烟气中SO:和NO的实验,得知再生后改性活性炭脱硫脱硝能力基本不变。从而进一步考察再生温度,再生时间和再 生次数对改性活性炭脱硫脱硝性能的影响,得出加热再生的最佳工艺条件:温度为200℃,时间为15 rain,同时满足平均脱硫率 和平均脱硝率的再生次数可达6次。 关键词:活性碳;再生;改性;脱硫;脱硝 中图分类号:X701.03 文献标识码:A 文章编号:1001—9677(2013)07—0067—04 Study on Regeneration Capacity of Activated Carbon for Flue Gas Desulfpherization and Denitriication fWU Jin—ring ,SHI Qing—ai (1 Lishui University,Zhejiang Lishui 323000; 2 School of Chemical Engineering,Dalian University of Technology,Liaoning Dalian 1 16012,China) Abstract:Impregnated activated carbon(AC)sorbent,the variation of its functional groups and the catalytic oxida— tion reaction for SO,and NO in simulated flue gas were researched in laboratory.Using thermal regeneration method modi— ifed AC,the capacity of desulfurization and denitriifcation of modiifed AC nearly remained the same after regeneration. The influencing factors of the capacity of desulfurization and denitrification of modified AC,such as regeneration tempera- ture,regeneration time and regeneration frequency were researched.Thermal regeneration optimum conditions were tern— perature 200℃and time 1 5 min.and the number of regeneration for the same average desulfurization rate and average denitriication rates was up to 6 tfimes. Key words:activated carbon;regeneration;modiied;desulfurifzation;denitriication f活性炭因其发达的孑L结构和大的比表面积而具有很强的 升温过程中,由于氧化性气体的存在而发生化学反应,将吸附 质分子降解除去。因为它能反复地对活性炭进行再生处理,处 理后活性炭的吸附能力等于或接近活性炭最初的吸附能力。热 再生法研究历史较长,也是目前被应用最多的一种再生方法。 近几年以来,人们在对热再生法认识充分的基础上,又发展了 些新的热再生技术其中包括:红外加热再生技术、微波再生 一吸附能力,使其在很多净化领域得到广泛应用…。将活性炭 用于钢厂烧结机的烟气脱硫脱销中,因其独特性可解决传统 化学吸收法处理烟气中投资大、运行费用高、治污产物利用 难及一定程度的二次污染等问题 。J。随着活性炭制造业及 其应用领域的扩大,无论从经济还是环保角度考虑,进行活 性炭的再生都很必要,这已成为活性炭生产和使用技术中的 重要组成部分。 技术、超声波再生技术、互访点加热再生技术等。 1.2萃取再生法 萃取再生法 又可分为两种:溶液萃取再生和超临界二氧 化碳萃取再生。 溶液萃取再生法是用酸碱等无机药品或苯、丙酮、甲醇等 有机溶剂处理废炭,对吸附物质进行化学反应、萃取或替换, 1 活性炭再生性能的几种方法 目前国内外已经成型或基本成型的活性炭再生方法主要有 热再生法、萃取再生法、氧化再生法、生物再生法 I9 J。本文 采用San Miguel 等介绍的活性炭的热再生法,吸附饱和的活 性炭通过干燥、高温炭化和活化三个阶段而得到再生。 来造成吸附质的强离子化从而形成盐类或因萃取而达到吸附质 的解析。这种方法通常用于有价值产品的回收,是一种非破坏 性的再生方法。 1.1 热再生法 活性炭的热再生过程 即施加高温之后,分子的震动能增 加,使吸附质分子脱离活性炭表面进入液体或气体。同时,在 基金项目:丽水学院2011年校级科研项目(No:KY201103)。 作者简介:吴锦京(1984一),女,助教,主要从事化工节能减排技术。 1.3生物再生法 生物再生法是指利用微生物将活性炭表面吸附的有机物 68 广州化工 2013年4月 质降解。活性炭的生物再生是建立在对生物活性炭吸附、降 解有机污染物的机制基础上产生的。这一方法综合了物理吸 附的高效性和生物处理的经济性,充分利用了活性炭的物理 吸附作用和生长在炭表面的微生物的生物降解作用。它主要 用于污水处理。目前关于生物再生的机制仍不清楚,较为典 型的包括王树平 提出的胞外酶假说,Webber提出的生物活 性炭再生模型。 1.4氧化分解再生法 氧化分解再生法是利用氧化剂对活性炭表面富集的各种有 机物进行氧化分解从而恢复活性炭吸附能力的方法。所涉及到 0 50 1O0l50200250300 35040045()500550600650700750 800850 t/s 的氧化剂有C1 、KMnO 、O 、H O 和空气等。具体方法主要 以湿式氧化法、电化学再生法、臭氧氧化法为主。 2再生因素对改性活性炭脱硫脱硝性能的影响 实验模拟烟气温度为25℃,压力为0.1 MPa,模拟烟气总 量为(4.0±0.05)L/min,SO:、NO入口浓度分别为500×10 和300×10~,氧含量为8%~11%,水蒸气含量5%一 8% 。在如图1所示的实验流程中进行吸附试验。 图1实验装置及流程图 Fig.1 Flow diagram of experimental apparatus 注:1.吸附塔;2.温度数显仪;3.NO检测仪;4.SO2检测仪;5.真空泵 6.吸收液;7、9、11、13、15.LZB转子流量计;8.气体缓冲罐; l0.空气压缩机;12.NO+N2气瓶;14.SO2+N2气瓶;16.N2气瓶 根据文献… 中得到的最佳活性改性条件,本文使用硝酸铁 改性椰壳活性炭为再生研究对象,以下均简称椰壳改性活性 炭,在表l所示条件下研究各再生因素的影响大小。 表1 椰壳改・陛活性炭再生因素表 Table 1 Renewable factors of modiifed AC(Coconut shel1) 2.1 再生温度的的影响 对不同温度下再生后的椰壳改性活性炭,在相同的吸附条 件进行再生温度的研究:模拟烟气压力为0.1 MPa,温度为 25℃,S02含量为500 mr,/kg,NO的含量为300 mg/kg。 图2不同再生温度下椰壳改性活性炭的脱硫率曲线 Fig.2 Efficiency curves of desulfurization of regenerated modiifed AC at different temperature 2.1.1 再生温度对椰壳改性活性炭脱硫性能的影响 从图2可以看}};,再生时间相同(均为15 rain),温度不 同,再生后椰壳改性活性炭的脱硫率变化曲线有明显差异。 200 oC下再生后,椰壳改性活性炭脱硫效果最佳,550 S之后脱 硫率才降至80%以下。这表明,温度过高或过低都不适合椰壳 改性活性炭的再生,温度过低,吸附在椰壳活性炭内的气体不 易脱离,脱附不充分;温度过高,孑L隙变大,且椰壳活性炭烧 结现象严重,不利于再生后椰壳改性活性炭对SO,的吸附作 用。 2.1.2再生温度对脱硝性能的影响 图3 不同再生温度下椰壳改性活性炭的脱硝率曲线 Fig.3 Efifciency curves of denitrification of modified AC at different temperatures 由图3可以看出,不同温度下再生后的椰壳改性活性炭脱 硝率差别不大,其中200℃的温度下再生后前30 S的脱硝率高 于80%,比未再生的效果更好,这是因为加热再生后,孑L隙变 大,利于NO的吸附。 综上,在不同再生温度下,椰壳改性活性炭的脱硫脱硝率 变化情况,最佳再生温度确定为200 oC。 2.2再生时间的影响 再生温度为200 oC,考察不同再生时间下改性活性炭的脱 硫脱硝效率变化。 2.2.1 再生时间对脱硫性能的影响 从图4可以看m,再生时间为15 rain的情况下,椰壳改性 活性炭再生后的脱硫能力最佳。再生时间为20 min和25 min的 椰壳改性活性炭在前500 S的脱硫率曲线接近重合;再生时间 为5 rain的椰壳改性活性炭前450 S的脱硫率明显低于其他时间 下的脱硫率,这可能是因为时间过短,吸附在椰壳活性炭孔隙 第41卷第7期 吴锦京等:改性活性炭烟气脱硫脱硝的再生性能研究 内的气体来不及完全解吸,影响其再生后的脱硫能力;时间过 长则由于解吸过程达到极限而不再改变。 .1jlL 墙 罄 图4不同再生时间椰壳改性活性炭的脱硫率曲线 Fig.4 Efficiency CurVes of desulfufization of modiifed AC within diferent renewable time 2.2.2再生时间对脱硝性能的影响 图5 不同再生时问椰壳改性活性炭的脱硝率曲线 Fig.5 Efifciency curves of denitriifeation of modiifed AC within different renewable time 如图5所示,再生时间对脱硝率的影响不是很大,但对比 图3和图5,再生时间较再生温度对椰壳改性活性炭再生后脱 硝率的影响要大。再生时间为15 min和10 min的杏仁壳改性活 性炭再生后脱硝效率比另外三个再生时间下的要高,两者前 30 S的脱硝率均在80%以上,与未再生的椰壳改性活性炭相比 基本上没有减少。这表明椰壳改性活性炭,再生前后脱硝性能 几乎没有发生改变,具有很好的再生性能。 同时满足脱硫脱硝效率的最佳再生时间为15 min。 2.3再生次数的影响 再生温度为200℃,再生时间为15 rain,考察再生次数对 椰壳改性活性炭的脱硫脱硝性能的影响。 2.3.1再生次数对脱硫性能的影响 对不同再生次数下的样品,取前500 s的平均脱硫率进行 比较。如图6所示,与未再生的椰壳改性活性炭(再生次数为 0)相比,随着再生次数增加,平均脱硫率降低很少,6次再生 后平均脱硫率降为80.7%,满足目前我国排放s0,排放标准 ——100 mg/kg,7次再生不再满足标准。 斟 堰 馨 霜 图6不同再生次数下椰壳改性活性炭的平均脱硫率曲线 Fig.6 Efifciency curves of desuffufization of modiifed AC at different renewable times 2.3.2再生次数对脱硝性能的影响 对不同再生次数下的椰壳改性活性炭样品,取前30 s的平 均脱硝率进行比较。如图7所示,随着再生次数增加,平均脱 硝率曲线下降趋势较脱硫率的更为明显,脱硝率2次再生后降 低幅度最大,随后缓慢降低,再生7次后平均脱硝率为 62.1%,与未再生的改性活性炭相比降低了37.7%,但仍满足 目前日本拟定的NO排放标准——200 ms/kg。 图7不同再生次数的平均脱硝率曲线 Fig.7 Efficiency curves of denitriifcation of modiifed AC at diiferent renewable times 3 结语 椰壳改性活性炭热再生法的最佳再生工艺条件:温度为 200℃,时间为15 min,同时满足平均脱硫率和平均脱硝率的 再生次数可达6次。随着活性炭用量的不断扩大及人们对环境 标准要求的提高要求再生炭工艺简单、设备操作容易,再生后 产生的二次污染尽可能小,生产规模随意控制,本文的研究成 果将有很好的发展前景。 参考文献 [1]吴新华.活性炭生产工艺原理与设计[M].北京:中国林业出版 社,1994:2—36. 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(下转第97页) 第41卷第7期 沈晓莉等:一株耐热脂肪酶产生菌的筛选、产酶及催化条件研究 用pH 6.0磷酸缓冲液溶解酶蛋白沉淀制成酶液,以乳化 橄榄油为底物,不同pH值磷酸溶液作为缓冲液,反应30 min, 测定酶活力。实验结果表明,pH对酶催化反应产生一定影响, K2菌株所产脂肪酶在中性范围内具有较高活性,当pH=7.0 时,活力最高。 液继续添加硫酸铵至75%方有沉淀析出,经测定,蛋白含量及 脂肪酶活力均相对较高。收集75%阶段盐析沉淀于一52℃, 真空度0.046 atm条件下冷冻干燥制成酶浓缩液冷藏。盐析过 程表明,PVA乳化液的存在将影响酶纯化,本实验采用30%与 75%两步盐析分离脂肪酶,今后可在培养基的优化及橄榄油的 去除方面继续开展研究。 2.3.2酶催化反应最适温度 3 结论 以乳化橄榄油为底物,pH 6.0磷酸溶液作为缓冲液,加入 等量酶液于不同温度下反应30 min,测定酶活力。实验结果表 明,K2菌株产生的脂肪酶在5O℃条件下具有最高的催化活性, 随着温度的升高呈下降趋势,其耐受最高温度为70℃。 (1)通过固体平板划线分离法,从15份土样中筛选到18 株产耐热脂肪酶菌株,对其中5株水解底物最明显菌株进行复 筛,K2菌产脂肪酶活力最高。 (2)K2菌在适宜条件下具有良好的产脂肪酶能力。经实 验测定,其最适培养温度为55℃,初始pH 5,摇床转速 200 r/min,发酵时间48 h。在此条件下,酶活力为15 U/mL, 较复筛时的11 U/mL提高40%。 (3)为消除PVA乳化液对酶分离的影响,采用硫酸铵经 30%与75%两步盐析分离脂肪酶,经真空低温冷冻干燥浓缩酶 液,经pH 6.0磷酸缓冲液溶解后,在50℃,pH=7条件下, 对乳化橄榄油具有最高催化活性。 参考文献 [1]DAVIS B G.Boyer Biviane.Biocatalysis and enzymes in organic synthesis『J1.Natural Product Reports.2001,18:618—640. 图4反应温度与酶催化关系 Fig.4 The relationship between temperature and enzyme catalysis [2] 王书晖,彭谦.嗜热脂肪芽孢杆YN8674热菌素产生条件和过程 [J].云南大学学报,2000,22(5):38l一385. 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