本文對中溫干法煙氣脫硫過程聯(lián)合脫除有毒痕量元素硒、砷的問題進(jìn)行了研究。采用熱重分析儀(TGA)為主要手段,對CaO吸收煙氣中硒、砷的機理,脫硫產(chǎn)物層、SO_2和CO_2對CaO吸收痕量硒、砷的影響,以及相關(guān)的反應(yīng)動力學(xué)等方面進(jìn)行了實驗研究。通過對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,預(yù)測了中溫干法煙氣脫硫過程可能同時達(dá)到的脫硒、脫砷效果。 利用FTIR、XRD等手段對CaO吸收煙氣中痕量SeO_2和痕量As_2O_3的機理進(jìn)行了研究:CaO吸收硒的產(chǎn)物為CaSeO_3,在300~700℃反應(yīng)速率隨溫度升高稍有增大,在700~800℃反應(yīng)速率隨溫度升高而降低;CaO吸收砷的產(chǎn)物為Ca3(AsO4)2,在400~1000℃反應(yīng)速率隨溫度升高而增大。 實驗表明脫硫產(chǎn)物層作為單獨的因素不影響CaO吸收痕量硒、砷的能力,本文用Ca2+和O_2-向外擴(kuò)散的產(chǎn)物層傳質(zhì)機理對這一結(jié)論進(jìn)行了解釋。 關(guān)于SO_2對CaO吸收痕量硒、砷的影響,實驗表明在硫酸鹽反應(yīng)的動力學(xué)控制階段,SO_2的存在不影響CaO吸收痕量硒、砷的能力;在產(chǎn)物層擴(kuò)散控制階段,由于產(chǎn)物層傳質(zhì)阻力和SO_2競爭的共同作用,CaO吸收痕量硒的能力下降,但同情況下CaO吸收痕量砷的能力不受影響,原因可能來自CaO吸收砷的反應(yīng)速率快和脫硫產(chǎn)物CaSO4可以吸附As_2O_3兩方面。 關(guān)于CO_2對CaO吸收痕量硒、砷的影響,實驗表明在700~760℃,濃度為15%的CO_2使CaO吸收痕量硒的能力降低12~35%;在600~1000℃,CO_2不影響CaO吸收痕量砷的能力。研究發(fā)現(xiàn)在700℃,當(dāng)有CO_2共存且CaO已被覆蓋上CaCO_3產(chǎn)物層時,SO_2、SeO_2和As_2O_3都可通過將已被CaO吸收的CO_2置換出來進(jìn)而代替它的位置與CaO結(jié)合的途徑被吸收。 以實驗結(jié)論和反應(yīng)動力學(xué)研究為基礎(chǔ),基于單個空間網(wǎng)格建立了中溫?zé)煔饷摿蜻^程脫硫、脫硒、脫砷的脫除效率模型。經(jīng)分析預(yù)測在700~800℃范圍,可以利用CaO作為吸收劑,在循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)對SO_2、痕量SeO_2和痕量As_2O_3進(jìn)行聯(lián)合脫除,脫硒效率可能隨溫度的升高而逐漸降低,而在700~850℃范圍可以實現(xiàn)高效聯(lián)合脫硫、脫砷。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2006
【中圖分類】：X701.3
【部分圖文】：

年美國的清潔空氣法修正案中列出了 189 種有害空氣出現(xiàn)在煤中的 11 種痕量元素：銻、砷、鈹、鎘、鉻、鎳和硒[3]。的有毒痕量元素在燃燒的過程中會以各種形式釋放出排放到環(huán)境中：氣態(tài)排放、富集于飛灰顆粒上排放、富態(tài)排放以及未被除塵設(shè)備捕獲的超細(xì)顆粒上富集的有氣中，其毒害最引人關(guān)注。Clarke[4]在前人研究的基礎(chǔ)在煤燃燒過程中的富集行為把它們劃分成三類[5][6]，如

SO2將充當(dāng)還原劑將部分 SeO2還原成元素 Se。煙氣中飛灰對硒的轉(zhuǎn)化有一定影響，Bool 等[66]認(rèn)為硒與飛灰表面合而生成硒酸鐵，他們還找到了富含鈣的飛灰能夠吸收硒的證據(jù)酸鈣，同時還認(rèn)為硒酸鐵的生成對硒的吸收有貢獻(xiàn)。SeO2也會隨低而在飛灰表面發(fā)生異相凝結(jié)，尤其是凝結(jié)在亞微米顆粒上。Seames[70]研究了 6 種煤中的硒在燃燒過程中的析出轉(zhuǎn)化規(guī)律，發(fā)在形式與飛灰表面的陽離子活性點位數(shù)量有關(guān)，如果 Se/Ca 比較是鈣含量較大時，硒就會與表面的鈣結(jié)合，生成亞硒酸鈣；如果Se/Ca 比較高且含硫量比較低時，硒就與表面的鐵或鈣結(jié)合，生成亞硒酸鈣；如果煤中的 Se/Ca 比較高且含硫量中等或較高時，硒與表面活性點位結(jié)合的機會，這種情況下，硒就以氣態(tài)或附著在 SeO2形式排放。以上規(guī)律如圖 1.2 所示。

圖 1.3 Seames 對燃煤過程砷的轉(zhuǎn)化排放規(guī)律的總結(jié)[70]雖然砷能夠與飛灰中的鈣或鐵結(jié)合，但是并不是所有的砷都通過，實際情況與熱力平衡計算不同，氣相中的砷不可能全部被這些，這主要是受反應(yīng)動力學(xué)和傳質(zhì)因素的影響。Senior 等[90]在利用煙煤進(jìn)行小型燃燒實驗時發(fā)現(xiàn)，煤中大約 40%~80%的砷以氣態(tài)。Germani 等[71]認(rèn)為煙氣中砷 0.7%~52%以氣態(tài)形式存在，氣態(tài)為約為 7μg/m3。Helble[91]通過小型實驗和現(xiàn)場試驗研究發(fā)現(xiàn)砷易細(xì)微顆粒物上。總而言之，煤燃燒釋放出來的砷最終大部分以氣在顆粒物上的形式排放到大氣中。通過以上對砷在煤燃燒過程中的析出、轉(zhuǎn)化、排放規(guī)律的綜述，下對本課題有益的指導(dǎo)或依據(jù)：（1）關(guān)于燃煤過程砷存在形式平衡研究結(jié)論對于本課題的實驗方案設(shè)計有很大的指導(dǎo)意義，O3(g)被預(yù)測是中溫范圍砷在燃煤煙氣中的主要存在形式，以此為依究選擇 As2O3作為實驗試劑，并研究 CaO 對模擬煙氣中氣態(tài)
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2885159