El carbón activado tiene una estructura de poros altamente desarrollada y una enorme área de superficie específica, por lo que tiene una fuerte adsorción, junto con la superficie del carbón activado contiene múltiples grupos funcionales que contienen oxígeno, por lo que es un excelente adsorbente, catalizador y portador de catalizador.
1.Principio de desulfuración de carbón activado
La adsorción deactivadoEl carbono para so2 incluye la adsorción física y la adsorción química. Cuando no hay vapor de agua y oxígeno en los gases de combustión, la adsorción física ocurre principalmente y la cantidad de adsorción es pequeña. Cuando el gas de combustión contiene suficiente vapor de agua y oxígeno, la desulfuración de gases de combustión de carbón activado es un proceso de adsorción química y adsorción física. Primero se produce la adsorción física, y luego la oxidación catalítica de SO2 adsorbido en la superficie de carbón activado a H2 SO4 en presencia de agua y oxígeno.
2.Proceso de reacción de desulfuración de carbón activado en presencia de H2O
La desulfuración de gases de combustión de carbón activado es diferente de otra tecnología de desulfuración de gases de combustión. Es una tecnología basada en la teoría tradicional de adsorción microporosa. Sin embargo, este proceso de adsorción es muy diferente de la tecnología común de purificación de agua de adsorción industrial, ya que implica la transferencia de masa de adsorción de material multicomponente, por lo que su proceso de adsorción es muy complejo. En presencia de agua, en la superficie cercana del carbón activado, superficie, agujero, poro grande y micro agujero, todos pueden formar agua, vapor, SO2, SO2-3, SO2-4 y otros componentes de la mezcla compleja, la presencia de estas moléculas, o iones y su cantidad, o puede promover la mejora del rendimiento de la adsorción, o puede ser capacidad de adsorción de carbón activado. La participación de H2O cambia fundamentalmente el mecanismo de reacción del SO2 en la superficie del carbono, y hay muchas hipótesis sobre el proceso de reacción. Lizzio, Mochida, Cazorla-Amoros et al. creían que el SO2 y el O2 compiten por sitios activos. Entre las tres posibles reacciones de oxidación, solo la siguiente fórmula se puede llevar a cabo sin problemas: C - SO2 + O2 + C - SO3 + C - O, es decir, solo el oxígeno gaseoso puede reaccionar con el SO2 adsorbido.
Tamura creía que las moléculas de H2O, SO2 y O2 podían ser absorbidas por el carbón activado. Siempre que hubiera una distancia lo suficientemente cercana entre ellos y una cierta configuración espacial, podrían reaccionar directamente entre sí y eventualmente generar H2 SO4. En este modelo teórico, la ecuación de oxidación es C -- SO2 +C -- O C -- SO3 +C.
Zawadzki et al. creían que la participación de H2O cambió el mecanismo de reacción de SO2 en la superficie de carbono, y la reacción de oxidación no podría llevarse a cabo en ausencia de H2O. En presencia de H2O, los grupos funcionales piranona y los electrones π deslocalizados en la superficie del carbón activado reaccionan con las moléculas de H2O para generar H2O2, que puede oxidar EL H2 SO3 formado después de que el SO2 se disuelve en agua a H2 SO4.
Creemos que en presencia de agua, el número de sitios de adsorción efectivos no está determinado por el volumen y el número de microporos, y la teoría del llenado de microporos no es adecuada para la desulfuración de carbón activado con elución de agua, el mecanismo de Tamura y la teoría de Lizzio no son adecuados para esta tecnología. El análisis teórico de Zawadzki es una explicación razonable. La superficie del carbón activado debe seguir la siguiente ecuación: SO2 · H2O +H2O2 2H+ -- SO2-4 +H2O.
3.Principio de eliminación de nitrógeno por carbón activado
La tecnología de desnitrificación de carbón activado se puede dividir en método de adsorción, método de reducción catalítica selectiva de NH3 y método de reducción de carbono caliente. El método de adsorción utiliza la estructura microporosa y los grupos funcionales del carbón activado para adsorber NOx, y oxida el NO con baja reactividad a NO2 con alta reactividad. Sobre el mecanismo de adsorción de carbón activado NOx, todavía hay grandes diferencias entre los investigadores. El método de reducción catalítica selectiva de NH3 utiliza carbón activado para adsorber NOx para reducir la energía de activación de la reacción entre NOx y NH3 y mejorar la tasa de utilización de NH3. El método de reducción de carbono caliente es el uso de la reacción de carbono y NOx a alta temperatura para generar CO2 y N2, la ventaja es que no hay necesidad de catalizador, el carbono sólido es barato, de fuente amplia, el calor generado por la reacción se puede reciclar. Sin embargo, los estudios cinéticos muestran que la reacción entre el O2 y el carbono es más temprana que la que existe entre el NOx y el carbono, por lo que la presencia de O2 en los gases de combustión aumenta el consumo de carbono.
Los resultados muestran que la adsorción de SO2 sobre el carbón activado es principalmente adsorción química, y la eficiencia de desulfuración es de más del 96% con la mezcla de SO2 de alta pureza, aire y vapor de agua para simular el gas de combustión industrial real. La mezcla de NOx de alta pureza, aire y vapor de agua se utiliza para simular el gas de combustión industrial real, y la adsorción de NOx por carbón activado incluye adsorción física y adsorción química. Bajo la condición de que no haya gas SO2 en el flujo de gas, la eficiencia de eliminación de nitrógeno del carbón activado es superior al 75% cuando el carbón activado alcanza el equilibrio de adsorción dinámica. Se utilizó una mezcla de SO2, NOx, aire y vapor de agua de alta pureza para simular el gas de combustión industrial real. Cuando el SO2 y el NOx estaban presentes en el flujo de gas, la capacidad de adsorción y el tiempo de saturación de adsorción del carbón activado aumentaron, mientras que la eficiencia de desulfuración, la velocidad de adsorción y la longitud de la banda de adsorción cambiaron poco. Debido a la sustitución del NO por SO2, la capacidad de adsorción de NOx y el tiempo de equilibrio de adsorción dinámica del carbón activado disminuyen bruscamente, la eficiencia de eliminación de nitrógeno es muy baja, la longitud de la banda de adsorción de NOx aumenta y la velocidad de adsorción disminuye. Ni el SO2 ni el NOx ocupan el centro de adsorción activo por sí solos, sino que coexisten en el centro de adsorción activo. El carbón activado adsorbe preferentemente el SO2 de forma selectiva, y el NOx de la adsorción física es reemplazado y resuelto por el SO2. El NOx quemisorbido puede promover la adsorción de carbón activado en SO2. Al mismo tiempo, el SO2 también puede promover la adsorción de NOx por carbón activado.
