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活性炭吸附烧结烟气中的颗粒物
文章编辑:韩研网络部 更新时间:2019-1-9 11:24:36

  悬浮在大气中的颗粒物质已成为重要的危害之一。根据它们的空气动力学直径,它们已被分为3类,包括TSP(总悬浮颗粒),超细颗粒PM 10和PM 2.5,空气动力学直径分别为≤100 μ M,10 μ m和2.5 μ米。其中,PM 10被确认为可吸入颗粒,而PM 2.5甚至可以直接进入肺泡。由于它们的比表面积都很大,所以PM 10和PM 2.5通常是一些危害物质的载体,例如重金属,多环芳烃,二恶英等。

  铁矿石烧结是整个炼钢链中的一个重要过程,其目的是将细粒铁矿石团聚成块状,用于高炉炼铁。然而,这个过程是大气污染物的主要排放源。除了作为SO 2,NOx,COx 等多种气态污染物的主要排放源外,烧结过程甚至排放出大量超细颗粒物PM 10和PM 2.5,其排放量占总排放的40%以上。不幸的是,到目前为止还没有有效的技术来解决铁矿石烧结排放的这个问题。由于活性炭,其特征在于巨大的比表面积和发达的孔隙结构,它已被广泛应用到净化烧结烟气,其主要集中在减少像SO 2气态污染物的排放和NOx。有趣的是,还发现活性炭还具有从烟道气中过滤颗粒物质的功能。然而,没有关于活性炭对PM10的性能研究和PM 2.5去除。所以本期大家实验用活性炭去除PM10个PM2.5。

  烧结烟气是由混合铁矿石,助熔剂(石灰石,白云石和生石灰),固体燃料(焦粉)和返回细粉(烧结<5 mm)等原料产生的。活性炭在测试过程中,用去离子水洗涤活性炭并在使用前进行干燥。

  实验方法采用实验室规模的烧结罐来模拟真实的烧结矿生产过程,如图1所示。对于烧结的产生,首先将原材料进行混合,在此期间加入规定的水。其次,将原料混合物在水平安装的长度为1400mm,直径为600mm的转鼓中进行造粒过程,转速和造粒时间分别为15rpm和4min。之后,将粒化的混合物加入烧结罐中。在进料之后,表面原料混合物层中的焦炭被点火罩点燃,然后燃烧前沿在下降系统的支撑下向下移动。点火时间在1050±50℃下为1分钟,压降为5kPa。然而,压降变为10kPa用于烧结,然后变为5kPa用于冷却。

  图1、超细颗粒去除和取样设备示意图。

  为了研究活性炭对颗粒物排放的影响,使用内径为100 mm的不锈钢管来模拟进料活性炭后的实际吸取器(图1)。在测试过程中,含有烟道气的颗粒物质在真空泵的帮助下通过活性炭床。使用低压级联撞击器(通过玻璃纤维过滤器从烟道气中收集颗粒物质,用来计算活性炭的去除率。

  排放浓度的影响

  图2说明了活性炭床厚度对超细颗粒物排放特性的影响。从图2(a)可以看出,随着活性炭床厚度的增加,具有各种空气动力学直径的颗粒物质的排放浓度呈现下降趋势。当厚度为300 mm时,图2(b)所示的PM 10和PM 2.5的排放浓度从72.5 mg/m 3和41.6 mg / m 3显着下降到31.5 mg/m 3和21.4 mg/m 3, 分别。图2(c)表明增加活性炭床的厚度可以提高颗粒物的去除率。此外,活性炭对直径较大的颗粒物质表现出较高的去除率。当床层厚度为300 mm时,当床层厚度从100 mm增加到300 mm时,PM 10和PM 2.5的去除率分别从30.5%和21.3%增加到56.6%和48.5%(图2(d))。

  图2、活性炭的用量对PM 10和PM 2.5排放的影响。

  物理化学性质的影响

  图4显示了烟气通过活性炭之前和之后的化学组成。可以发现PM 2.5中的+ Fe,Ca,Si,Al和Mg的含量在烟气通过活性床时比基础情况下都有所增加,而K,Na,Pb的含量, PM 2.5中的 Zn和Cl都出现了下降。图5给出了烟气经过活性炭层后在过滤器中收集的PM 2.5的SEM图像,观察到经活性炭去除后,较大颗粒的数量主要由K和Cl组成减少(图5)(b)-5(d))与基本情况比较(图5(a))虽然有许多较小的颗粒,如球形颗粒(图5(d)),主要包含Fe和Ca这种现象与PM 2.5的化学成分变化非常一致。此外,与使用厚度为200毫米,粒度为8-12毫米的活性炭床的情况相比(图5(b)),出现了较少的大的富含K-Cl的颗粒,并且出现了许多较小的球形富含Fe-Ca的颗粒。

  图3、活性炭对PM 2.5化学成分的影响。

  图4、活性炭对PM 2.5形态的影响。

  图5显示了粘附颗粒物质后活性炭的形态,其中可以发现许多颗粒分布在活性炭的孔隙或表面上。图5(a)-5(c)中示出了分布在孔隙尺寸约20颗粒 μ米,5-10 μm和1 μ米。图5(d)示出了分布式活性炭的表面上的颗粒,其直径几乎小于1 μ微米。图6给出了分布在孔隙中的颗粒的SEM映射,表明大量颗粒富含K,并且它们主要以氯化物或硫酸盐的形式存在。这些颗粒的出现对应于PM 2.5中K和Cl含量的降低。

  图5、粘附超细颗粒物后活性炭的形态特征。

  图6、在活性炭表面上收集的超细颗粒物的SEM绘图。

  得出结论对于活性炭过滤器,粘附颗粒物质的典型机制包括重力沉降,静电力和惯性碰撞和扩散。由于实验主要集中在活性炭去除超细颗粒物PM 10和PM 2.5,因此可以忽略重力效应。

  (1)活性炭去除PM 10比去除PM 2.5更有效,并且增加活性炭的吸附厚度或减小活性炭粒度有助于去除超细颗粒。除去率到PM 10和PM 2.5达到67.3%,并且当活性炭厚度和颗粒尺寸分别为200mm至3-5毫米,吸附效果能达到58.7%。

  (2)活性炭的特征是分布广泛的孔隙结构,具有不同的直径和丰富的表面积,可作为容纳超细颗粒的场所。

  (3)超细颗粒中较大的颗粒更易受惯性影响,使其更容易去除,去除率更高。活性炭的厚度和体积孔隙率(与活性炭颗粒尺寸呈负相关)与PM 10和PM 2.5的去除效率呈正相关,这说明了它们随着活性炭厚度增加和颗粒尺寸减小而去除率越高。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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