PDF《热效应对活性碳脱除高浓度 SO2 影响的中试研究》

Pilot Scale Study for the Effect of Molar Heat on SO2 Removal at High Concentrations by an Activated Carbon Shaojun Liu, Xiang Gao, Yang Zhang, Zhongyang Luo, Kefa Cen State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou, China xgao1@zju.

edu.cn Abstract: The pilot scale experimental installation for SO2 removal by activated carbons has been built. The effect of molar heat on SO2 removal at high concentrations has been investigated. The results showed that the adsorption of SO2 was the main reason of the temperature rise in the carbon bed. Meanwhile the temperature rise of the hot spot was due to the oxidation of carbon. Thanks to the adoption of the moving bed, the circula- tion of activated carbon was an effective way to lower temperatures as well as temperature deviations. In more detail, this method had insignificant effects on the adsorption of SO2 and the pressure drop of the bed. The heat transfer of the hot spot was effectively controlled by the cooling system. However, the ventilation would make situation worse. Keywords: molar heat;

activated carbon;

SO2 removal;

pilot scale study 热效应对活性碳脱除高浓度 SO2 影响的中试研究 刘少俊,高翔,张杨,骆仲泱,岑可法 浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室,杭州,中国,310027 [email protected] 摘要:本文设计了移动床活性碳脱硫中试装置,针对热效应对高浓度 SO2 脱除的影响进行了研究. 研究结果表明 SO2 的吸附是导致床层温升的主要原因,而局部热点的温升主要是由于活性碳与氧气反 应造成的.采用移动床,增加活性碳循环能够有效降低床层温度,改善温度的不均匀分布.同时对床 层压降,SO2 吸附没有显著影响.强制冷却系统能够有效控制局部热点的热量传递.采用通风的方法 只会带来参与反应的氧气,短暂降低温度后,热点温度会急剧升高. 关键词:热效应;

活性碳;

SO2 脱除;

中试试验

1 引言 以活性碳(AC)为基础的烟气脱硫系统最早由日本 的Sumitomo Heavy Industry(SHI)公司与德国的 Bergbau Forschung(BF)公司开发,并分别于

1986 年,1987 年实现了商业化运行.目前在日德两地有约 十几套活性碳移动床烟气脱硫系统正在运行[1-4] .因此,作为一种可以实现资源回收的处置方法,活性碳 脱硫具有广阔的应用前景. 然而由于活性碳本身是一种易燃物.脱硫过程中 的热效应会引起床层温升,继而导致床层出现局部热 点(hot spot),引燃活性碳,威胁系统的安全稳定运行. 脱硫过程中产生的热量可以分为两个部分,即SO2 吸 附产生的热量和碳氧反应产生的热量.SO2 吸附的热 量包括 SO2 物理吸附热,与SO2 的气化潜热相当,约为25.62 kJ/mol[5] .SO2 的催化氧化及 SO3 水合生成硫 酸,反应式如下: kJ SO O SO

8 .

197 2

2 3

2 2 ? ?? ? ? (1) kJ SO H O H SO

5 .

79 4

2 2

3 ? ?? ? ? (2) 碳与氧在低温时发生化学反应的产物主要为 CO, 反应式如下: kJ CO O

221 2 2C

2 ? ?? ? ? (3) 本文主要研究由这些反应产生的热效应对活性碳 脱除高浓度 SO2 的影响.通过移动床中试试验,揭示 了不同情况下温升产生的主要原因以及相应措施对温 升的影响.

2 试验方法 2.1 活性碳的分析 试验采用山西新华环保公司的 ZL50 圆柱形成型活 性碳.活性碳的工业分析、元素分析以及性能参数如 表1,表2所示. Table 1. Elemental and proximate analyses of the AC and its precursor 表1. 活性碳及其前驱炭化物的工业及元素分析 元素分析(%,wt) 工业分析(%,wt) 材料CHOa N S 水分灰分挥发分固定炭炭化物66.0