富氧燃烧烟气净化工艺研究进展

随着工业的快速发展,化石燃料消耗与日俱增,造成了大量温室气体CO₂的排放,全球气候变化形势不容乐观。为了减少CO₂排放,需要对高浓度CO₂进行捕获、利用与封存,而富氧燃烧技术能有效实现碳捕集,是目前最具潜力的碳减排技术之一。富氧燃烧过程中,SO_x、NO_x、Hg等污染物以及惰性气体的存在不利于碳的捕集与封存。烟气中各成分浓度会对管道运输、地质储存和提高采收率(EOR)产生影响,介绍了烟气中CO₂及各种杂质浓度的不同标准,系统综述了国内外脱硫、脱硝、脱汞和惰性气体脱除以及联合脱除技术的研究进展。脱硫部分除介绍传统脱硫技术外,重点描述了富氧燃烧烟气中CO₂气氛对SO_x脱除的影响以及加压条件下SO₂的转化与去除。发现CO₂气氛下SO₂的吸收速率相比N2气氛有所降低,且SO₂吸收过程中临界pH发生变化。脱硝部分重点描述了氧化吸收法脱硝技术以及加压条件下NO的氧化机理,并对高压下NO的氧化动力学进行阐述。随着压力的增加,NO氧化速率常数呈先下降后上升的趋势,且证明了反应器压力对液体夹带率的影响比较显著。总结了Hg脱除技术中不同烟气成分对Hg氧化的影响,HCl与Cl2起到了明显的促进作用。对活性炭进行改性,增加孔结构比表面积以及吸附剂表面的活性位点,提高Hg的脱除效率。介绍了惰性气体的净化技术,主要采用变压吸附方法来吸附和解吸附,降低了CO₂气流中惰性气体去除的成本,实现一部分惰性气体再次循环回到锅炉中,提高CO₂的捕获。重点讨论了在烟气压缩液化系统中的联合脱除技术,有效利用压缩过程条件将SO_x、NO_x、Hg分别以硫酸、硝酸、Hg(NO₃)₂形式协同去除,随着压力的增加,SO_x与NO_x去除效率提高,有利于SO₄^-2、NO₃^-、HADS和HAMS(N-S化合物)的生成,同时也导致了N2O生成量增多。证明了Hg与NO₂是气相反应,提出了高压下NO₂与Hg反应产物的不确定性。简单介绍了低温碳捕集技术,有潜力取代洗涤器和其他烟气处理方法,但目前还缺乏可行性的研究。未来需对不同压力下NO氧化速率常数的变化趋势进行解释,高压下NO_x与SO_x联合脱除的产物以及NO₂与Hg的反应产物进行分析。     

烟气组分对汞吸附影响的程序升温脱附

目前燃煤烟气活性炭脱汞技术已经很成熟,但机理方面的相关研究甚少或不全面,为了探讨汞与活性炭在燃煤烟气中的反应路径,本文在固定床上对商业活性炭（FAC）和1% NH₄Br改性活性炭（NBAC）进行了汞吸附实验,分别考察了O₂、SO₂、CO₂、NO及其混合烟气组分对吸附剂汞吸附的影响,然后利用程序升温脱附（temperature programmed desorption,TPD）技术分析了烟气组分对汞吸附的影响机理。固定床测试结果表明溴化铵改性可显著增加活性炭汞吸附性能,O₂、CO₂及NO可促进NBAC对汞的吸附,其中NO最好,而SO₂抑制NBAC对汞的吸附。TPD结果表明,溴素改性促进NBAC表面负载的溴与Hg⁰结合生成HgBr₂,O₂存在促进了Hg⁰的氧化生成HgO,NO存在显著增加了Hg₂（NO₃）₂的生成。SO₂与Hg⁰对活性炭表面的官能团存在竞争吸附的关系,生成C-S,与Hg⁰反应生成HgS。CO₂对NBAC吸附Hg⁰的反应机理影响不大。     

处理废气脱硝脱硫的活性碳改性技术研究进展

活性炭广泛应用在工业废气的吸附、脱硝脱硫中，然而，传统活性炭微孔结构较少、孔隙分布不均匀、孔道内灰分较多造成阻塞等，脱硝脱硫效率不理想；在应用前常常需要通过改性手段处理活性炭来扩大其比表面积，提升孔隙率，改善表面官能团与掺杂原子的种类和数量，以此来提升吸附性能。综述了活性炭脱除废气中SO₂和NO_x的机理，研究了物理改性、化学改性对活性炭比表面积、孔结构、表面官能团等理化性质的影响，以及改性方法对活性炭吸附、脱除烧结废气中NO_x/SO₂效率的影响规律，展望了用于处理废气脱硝脱硫的活性炭改性趋势。     

胺基CO2固体吸附剂脱碳特性及SO2的影响

燃煤电厂烟气中存在的微量SO₂对胺基CO₂固体吸附剂的碳酸化反应及循环特性有不利影响。利用固定床反应器,针对采用溶胶凝胶法制备的胺基CO₂固体吸附剂的碳酸化特性及其在含SO₂气氛下的失效规律进行了实验研究,并结合红外光谱、有机元素分析、BET等测试手段,研究其失效机理。结果表明,所制备的胺基CO₂固体吸附剂在反应温度50℃时具有较好的碳酸化反应特性和循环特性。当反应气氛中存在SO₂时,由于生成了不可再生的亚硫酸/硫酸盐类物质而导致胺基活性位损失,孔隙结构发生变化,影响了吸附剂的脱碳性能,但适当提高反应温度可提高吸附剂的碳酸化反应竞争性。     

用于二氧化碳捕获的固体吸附剂研究概述

CO₂作为温室气体,受到了全球的普遍关注,其捕获、应用和贮存技术成为了当下研究的热点问题。无论是对于CO₂的转化利用还是封存技术,其捕获是必要前提。近年来用于此领域的再生干燥吸附剂由于较低的能量需求和其他独特的属性引起了人们广泛关注。其中,碱金属(钠和钾等)碳酸盐因吸附温度低被视为有前途的吸附材料并常用作再生干燥吸附剂。但是基于Na₂CO₃和K₂CO₃的吸附剂具有反应速率慢或吸附剂再生温度高等问题。而活性炭吸附剂则有克服这些问题的特性。活性炭材料的比表面积、孔结构、表面性质、表面官能团都对CO₂的吸附有重要的影响,性能调控空间大。本文在介绍几种CO₂捕获技术基础上,对采用这些方法中常用的固体吸附剂进行了概述,对各种吸附剂优缺点进行了归纳,展望了碱金属碳酸盐及其包括活性炭在内的碳基复合材料在减少CO₂排放领域的应用前景。     

离子型有机多孔聚合物的制备及其烟气脱硫耦合脱碳性质

高效经济地消除燃煤烟气中的SO₂和CO₂对生态环境具有重要意义，但开发具有高捕集能力、高选择性和良好稳定性的吸附剂仍然是一个挑战。本文通过靛红与芳香族单体(三蝶烯)在超酸性条件下反应得到了性质稳定的有机多孔聚合物吸附剂PPN-1，并对PPN-1季胺化以及离子交换获得离子型多孔聚合物PPN-1-OH。由于两种有机多孔吸附剂拥有合适的BET表面积、丰富的微孔孔道以及大量的富电子基团，PPN-1和PPN-1-OH对SO₂和CO₂具有很强的亲和力。尤其是离子型有机多孔聚合物PPN-1-OH显示出超高的静态吸附能力，在298K、0.1MPa下其SO₂的吸附量高达13.09mmol/g，超过了此前报道的多孔材料。基于瞬时吸附速率，理想吸附溶液理论模拟和固定床穿透实验的研究证明PPN-1-OH具有卓越的SO₂动态吸附容量和选择性。在三组分混合气体(SO₂/CO₂/N₂=0.2/9/90.8，体积比)动态固...     

NH4Cl改性活性炭脱除气态Hg0的特性分析

制备了原始活性炭与NH₄Cl改性活性炭,对其进行了物化特性表征,在固定床汞吸附实验台上考察了N₂气氛下颗粒粒径、NH₄Cl溶液浓度、SO₂、CO₂等因素对活性炭脱除Hg⁰性能的影响。研究结果表明：NH₄Cl浸渍改性没有造成活性炭孔隙结构的明显变化,但使得Cl元素成功担载到活性炭表面;随着颗粒粒径增大,活性炭吸附Hg⁰的外部传质速率、内部扩散速率均降低,较小的颗粒粒径有利于活性炭脱汞;由NH₄Cl改性在活性炭表面所产生的卤素官能团（AC-Cl）能够有效地氧化烟气中的Hg⁰,增强了活性炭对于Hg⁰的氧化吸附作用;SO₂能有限地促进原始活性炭的脱汞性能,对NH₄Cl改性活性炭脱汞性能则表现出先促进后抑制并主要体现抑制作用的现象,并且抑制作用随SO₂浓度的增大而增加;CO₂由于能在活性炭表面极化,且能与氨基官能团反应生成有利于吸附汞的羰基,促进了活性炭的脱汞性能。     

拟薄水铝石负载PEI/AMP吸附CO2性能

用富含胺基的物质对多孔材料进行修饰可以得到高CO₂吸附量的吸附剂。采用浸渍法将聚乙烯亚胺(PEI)和2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)负载在拟薄水铝石上,考察了CO₂压力、胺类物质负载量等对吸附性能的影响。采用低温N₂吸附/脱附法(BET)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外线光谱分析仪(FTIR)等手段表征了吸附剂的结构特征及其物理性质,并使用重量法微天平实验装置对吸附剂的性能进行了评价。实验结果表明,当温度恒定为50℃,压力小于1 MPa时,负载PEI的吸附剂最高的CO₂吸附量为77.53 mg CO₂·(g吸附剂)^-1,最佳负载量为85%;压力大于1 MPa时,负载PEI的吸附剂最高的CO₂吸附量为123.79 mg CO₂·(g吸附剂)^-1,最佳负载量为10%。负载AMP的吸附剂最高的CO₂吸附量为128.01 mg CO₂·(g吸附剂)^-1,最佳负载量为85%。CO₂吸附稳定性实验表明,吸附剂对CO₂的吸附性能稳定。     

不同钙基吸附剂捕集CO2后的硫酸化反应特性研究

钙基吸附剂进行多次CO₂捕集后,碳酸化效率会大幅衰减,此时的吸附剂能否高效脱硫利用是值得重点关注的问题。鉴于此,筛选了高性能合成钙基吸附剂和天然石灰石吸附剂,通过热重分析仪分析对比其在多循环CO₂捕集后的碳酸化和硫酸化反应性能,采用微粒模型研究其硫酸化反应动力学特征。结果发现,高性能合成钙基吸附剂的碳酸化反应速率和CO₂吸附能力明显高于石灰石吸附剂。在长达500循环的CO₂捕集试验后,高性能合成钙基吸附剂的CO₂吸附能力比石灰石高10倍以上,其SO₂吸附能力相较于石灰石提升约40%。经历多次CO₂捕集反应循环后,2种吸附剂的硫酸化能力均有提升:其中,石灰石吸附剂的提升幅度更大,硫酸化转化率从26%提升到35%,而高性能合成钙基吸附剂的硫酸化转化率则从38%提升到43%。通过微粒模型计算发现,2种吸附剂的硫酸化反应均是与SO₂浓度相关的一级反应,多循环捕集CO₂反应后,石灰石吸附剂的硫酸化反应活化能下降接近30%,而高性能合成钙基吸附剂的硫酸化反应活化能只下降了5%。研究结果说明2种不同钙基吸附剂在进行循环CO₂捕集后,脱硫能力得到了不同程度的提高,且均可以较好地应用于SO₂的脱除。     

多孔蜂窝活性炭材料对CO2吸附热力学研究

以4种不同品牌多孔蜂窝活性炭为研究对象,采用N₂物理吸附、扫描电镜SEM、透射电镜TEM和XRF等方法对活性炭物化结构进行了表征,探讨了不同品牌蜂窝活性炭材料的成分和孔隙结构对CO₂吸附的影响。并通过对比0,20,40℃下CO₂的吸附等温线,分析CO₂在不同蜂窝活性炭材料表面的吸附热力学特性,拟合出CO₂气体吸附量与等量吸附热之间的关系。结果表明：N₂和CO₂吸附等温线属于Ⅰ型吸附等温线,样品主要以微孔结构为主,存在少量介孔结构;不同温度下活性炭吸附CO₂曲线均符合Langmuir吸附模型;温度升高,CO₂在活性炭材料上的吸附量均减小,说明升温不利于CO₂在活性炭上的吸附;相同条件下,泰州800活性炭(TZ800)的吸附量高于淄博800活性炭(ZB800)的吸附量,表明CO₂更易吸附于TZ800活性炭上,这可能得益于其丰富和发达的微孔结构。同时TZ...     

被动式NOx吸附剂Pd/ZSM-5的性能影响因素

柴油车尾气 NO_x后处理技术对冷启动阶段 NO_x净化效果较差,被动 NO_x吸附剂（PNA）应运而生。分别采用等体积浸渍法和离子交换法将 1% Pd 负载于 m（Si）/m（Al）为 11.5 的 ZSM-5 分子筛,获得 Pd/ZSM-5 PNA 材料。考察反应气氛（有无 O₂和 H₂O）对 2 种不同 Pd 负载方式 PNA 吸附-释放 NO_x性能的影响。采用 X 射线衍射、N₂吸附-脱附曲线测定、透射电子显微镜、原位漫反射 Fourier 变换红外光谱和 NH₃程序升温脱附手段,从 Pd/ZSM-5 结构性质,Pd 物种形态和酸性质分析以上因素的影响作用机制,并进一步评价预处理气氛中 O₂作用。结果表明：反应气和预处理气氛存在 O₂及等体积浸渍法中存在更多 NO 活性吸附位点从而提高 Pd/ZSM-5 的 NO 吸附能力。此外,O₂促进 N...     

碱性吸附剂对燃煤烟气中SO3的吸附特性

炉膛内高温燃烧和选择性催化还原(SCR)催化剂产生的SO₃会严重损害设备和运行安全。本研究在模拟烟气条件下考察了Ca(OH)₂、Mg(OH)₂、NaHCO₃、NaHSO₃四种碱性吸附剂对SO₃的吸附性能，并研究了烟气气氛和温度对优选吸附剂的SO₃吸附能力的影响。采用热重分析研究了吸附剂的分解过程，对反应前后的吸附剂形貌结构特性进行了研究。结果表明：NaHCO₃和NaHSO₃两种吸附剂在中高温下都具有良好的吸附效果；NaHCO₃和NaHSO₃在自身分解和吸附SO₃的过程中释放气体产物而改善了吸附剂孔隙结构，提高了吸附剂对SO₃的吸附效果；烟气中的SO₂与SO₃在NaHCO₃上的吸附过程中存在竞争吸附，降低了NaHCO₃对...     

硫酸法钛白煅烧尾气处理工艺研究

随着国家环保政策的日益严格，对钛白粉行业煅烧尾气处理提出了更高的要求，这是整个硫酸法钛白环保要求的必然趋势，将影响和制约硫酸法钛白行业的可持续发展，主要介绍了石灰石石膏法联合钠碱法进行脱硫系统为主的煅烧尾气治理方案，有效降低烟气中的粉尘、SO₂、SO₃、酸雾等污染物，满足最新的地方及国家排放标准。     

镍铈改性甘蔗基活性炭吸附二氧化硫研究

以甘蔗为前驱体，制备了甘蔗基活性炭，并通过Ni O、Ce O₂进行改性，对SO₂进行吸附实验研究，结果表明，Ni O、Ce O₂的加入对甘蔗基活性炭的比表面积增大、吸附量的提高具有有利影响，Ni O的最佳添加量为2.5%,Ce O₂的最佳添加量为5%，吸附剂最佳吸附应条件为：吸附温度为60℃，SO₂初始浓度为1000×10^-6，空速为1200h^-1。在最佳反应条件下，2.5%NiO/5.0%CeO₂-甘蔗基活性炭的SO₂吸附量为56.39m²·g^-1。     

氧化镁基二氧化碳吸附剂的制备及改性研究进展

CO₂浓度的增加会引起全球变暖、海平面上升和冰川融化等环境问题，因此开发CO₂捕集技术刻不容缓。Mg O作为一种理想的CO₂吸附剂已成为研究热点。综述了Mg O基CO₂吸附剂的制备方法，探讨了不同方法对Mg O的比表面积、CO₂吸附容量和循环稳定性的影响。研究发现，采用沉淀法和溶胶-凝胶法制备的Mg O具有更大的比表面积和更多的碱性位点，有效地提高了其捕集CO₂的能力；采用熔盐掺杂改性法制备的Mg O基吸附剂对CO₂捕集能力显著提高，多次吸-脱附循环后仍保持较高的CO₂吸附容量。未来对Mg O基CO₂吸附剂的研究主要集中在MgO的改性方法、工艺条件优化和捕集机制等方面，进而推进MgO基CO₂吸附剂的工业化应用。     

含膦多孔有机聚合物负载氧化镁的制备及其CO2吸附性能

MgO吸附剂因其成本低廉、来源广泛、再生能耗低等优势在CO₂吸附领域应用广泛,但比表面积低限制了其吸附性能。以高表面积、多级孔结构的含膦多孔有机聚合物POL-PPH₃为载体,采用浸渍煅烧法和超声煅烧法制备得到POL-PPH₃负载的MgO吸附剂(MgO/POL-PPH₃),用于CO₂捕集。探究制备方法、煅烧温度、煅烧时间等制备条件对MgO/POL-PPH₃吸附剂上CO₂吸附性能的影响。研究发现,浸渍煅烧法优于超声煅烧法,且随着煅烧温度和煅烧时间增加,MgO/POL-PPH₃样品上CO₂吸附容量逐渐降低。采用浸渍煅烧法,煅烧温度300℃,煅烧时间1 h时,MgO/POL-PPH₃-300-1吸附剂上获得最优CO₂吸附量,达0.55 mmol/g。在组成为12%CO₂,其余为氮气的模拟烟道气中,MgO/POL-PPH₃     

用于SO2高效脱除的富氮有机多孔聚合物合成与表征

为合成用于高效脱除烟道气SO₂的有机多孔聚合物席夫碱-1(SNW-1)，提出使用环丁砜和二甲基砜混合溶剂，并通过调节其比例实现对SNW-1孔径大小与其吸附性能的调控。实验结果表明，溶剂配比调节不改变SNW-1的化学组成和连接结构，但影响吸附剂孔径大小，进而影响SO₂的吸附容量和选择性。所合成的4种SNW-1中，孔径小且比表面积大的SNW-1-3的SO₂吸附量最大，且SO₂/CO₂的选择性高达124.8～159.9，优于大多数有机多孔聚合物材料。此外，物理吸附的过程属性，使SNW-1具有稳定的重复使用性。密度泛函理论(DFT)计算表明，SO₂的吸附位点为SNW-1中的三嗪环N原子和亚氨基上的氢原子，而CO₂的吸附位点仅为亚氨基上的氢原子。N原子和S(SO₂)原子之间的偶极-偶极相互作用以及O(SO₂)和H(─NH─)之间氢键相互协同作用使得SO₂与SNW-1相互作用的结合...     

富氧燃烧烟气压缩净化及高浓度CO2制备工艺研究

富氧燃烧技术是目前最有可能大规模推广和商业应用的碳捕集与封存技术之一,其中,烟气压缩净化及CO₂提纯对于整个富氧燃烧系统至关重要。然而,目前研究多聚焦于富氧燃烧后烟气压缩净化的工艺验证,而对烟气压缩纯化各单元运行特性的研究仍不深入,特别是烟气压缩净化过程杂质污染组分的迁移转化、系统运行参数与污染物脱除效率的关联仍不明确。且现有研究对净化后烟气的深度提纯及高浓度CO₂制备的关注也相对较少,直接关系到富氧燃烧系统运行经济性。因此,针对富氧燃烧烟气净化及CO₂提纯需求,系统探究了富氧燃烧烟气压缩纯化过程SO₂、NO_x吸收脱除以及CO₂深度提纯等各子系统的运行特性,其中SO₂与NO_x脱除采用压缩-酸液吸收,CO₂深度提纯采用低温精馏。结果表明:通过烟气净化可实现SO₂脱除效率达100%,NO脱除效率达99%,同时实现纯度为99.99%的食品级液态CO₂制备。烟气净化过程中,气相反应占据主导,提高压力可缩短反应时间;当SO₂吸收塔运行压力超过0.8 MPa时,SO₂脱除效率可达100%;当NO吸收塔运行压力超过3.0 MPa时,NO排放浓度可达超低排放标准。CO₂提纯过程中,提高压力会降低液体CO₂纯度。SO₂吸收塔运行压力为1.6 MPa、NO吸收塔运行压力为3.0 MPa、CO₂提纯塔运行压力为3.8 MPa时,系统整体功耗最低,为0.37 MJ/kg。     

CH4/CO2混合气置换强化含氮低品质甲烷的浓缩

针对CO₂置换吸附分离CH₄/N₂过程中CO₂再生困难的问题,采用少量产品气CH₄真空吹扫以提高CO₂的解吸效果,并以解吸得到的CH₄/CO₂混合气为置换步骤的置换气,通过置换来强化含氮低品质甲烷的浓缩过程。以自制椰壳活性炭为吸附剂,对CH₄/CO₂混合气置换强化吸附回收含氮低品质甲烷工艺过程进行了实验与模拟研究。在gPROMS软件中建立并求解固定床吸附分离模型方程,预测了CH₄、N₂ 和CO₂在自制椰壳活性炭上的竞争吸附穿透曲线,通过预测结果和实验的对比,验证了数学模型方程的准确性。对比了不同置换气强化吸附分离低品质甲烷的效果,结果表明CH₄/CO₂混合气置换强化相对于CO₂置换强化可获得更高纯度产品。进行了CH₄/CO₂混合气置换强化真空变压吸附循环实验,可以将14%的CH₄/N₂和53%的CH₄/CO₂联合富集到98.8%,同时获得77.8%的回收率。     

可再生胺法脱硫技术处理锡冶炼低浓度SO2烟气的应用实践

介绍了Cansolv可再生胺法脱硫技术处理锡冶炼烟气工艺流程及运行情况。与原有石灰-石膏法脱硫技术相比,脱硫效率更高,并可回收硫资源。脱硫气尾气ρ（SO₂）<400 mg/m³,脱硫效率高于98%,除酸雾效率高于50%,除尘效率高于25%,NO_x脱除率高于30%。