CN111487363B - 一种测定脱硫脱硝活性炭性能的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定脱硫脱硝活性炭性能的方法及其应用，其中预测模型的建立方法包含如下步骤：a.对脱硫脱硝活性炭分组取样并测定各组样品的水容量；b.测定各组脱硫脱硝活性炭样品的碘值和/或脱硫值；c.分别建立脱硫脱硝活性炭样品的碘值和/或脱硫值的预测模型。本发明建立了活性炭的水容量与碘值、脱硫值和脱硝率的函数关系的预测模型，并利用这些预测模型直接将水容量转换为活性炭的碘值、脱硫值和脱硝率，从而相对于直接检测碘值、脱硫值和脱硝率而言检测速度更快，且无需特定仪器，更适用于现场检测应用。

Description

一种测定脱硫脱硝活性炭性能的方法及其应用

技术领域

本发明涉及脱硫脱硝活性炭领域，尤其涉及一种测定脱硫脱硝活性炭性能的方法及在生产现场检测或鉴别脱硫脱硝活性炭再生效果或失活情况中的应用。

背景技术

活性炭干法烟气脱硫脱硝工艺是20世纪60年代开发的一种大气环境治理技术，这种技术具有节水、净化效率高、可同时除去粉尘和重金属及有毒物、能够生成多种利用价值高的副产品、不产生二次污染等优点，是一种较先进、经济和有效的烟气深度净化技术。目前市场上的烟气脱硫脱硝用活性炭，均为煤质活性炭。脱硫脱硝活性炭是一种综合强度(耐磨强度、耐压强度)比常见活性炭高、表面积比常见活性炭小的吸附材料，与其他活性炭相比，脱硫脱硝活性炭具有更好的脱硫、脱硝性能，并且能够吸附再生循环使用，其指标一般为：耐磨强度＞97％、耐压强度≥37daN、脱硫值≥15mg/g、碘值约250mg/g-450mg/g。这类活性炭主要用于钢铁冶炼、有色金属冶炼尾气的脱硫、脱硝及脱汞等，因此活性炭的脱硫脱硝性能成为重要评价指标。

工业上为了评测脱硫脱硝活性炭的性能，通常直接检测脱硫脱硝活性炭的水容量、碘值、脱硫值和脱硝率。在实际操作中，直接检测活性炭的碘值、脱硫值和脱硝率，需要搭建复杂的实验装置，且很长时间的操作以后才能得到所需要的数值。利用GB/T 7702.7-87测定碘值的方法需要花费3.5个小时，利用GB/T 30202.4-2013测定脱硫值的方法需要13小时，而利用GB/T 35254-2017测定脱硝率的方法则需要24个小时。由此，依照现有技术而言，进行一套完整的检测需要大概40小时甚至更长时间。并且，国标中的检测方法只适用于实验室检测环节中，若需要在现场调试时应用，必须具备特定的仪器。然而这些仪器十分昂贵并且需要定制且安装复杂，在国内普及度不高，因此一些企业无法利用这些国标中测定的方式进行现场应用。因此在脱硫塔以及各塔连续运行过程中，用上述直接检测的方法无法在现场获得脱硫塔及各塔运行状态，并且不能得知脱硫塔各段的活性炭吸附情况，不利于现场调试各塔运行参数。而脱硫脱硝活性炭经过解析塔的解析后可以重复利用，而正由于上述直接检测碘值、脱硫值和脱硝率的方法不利于现场应用，因此这些直接检测的方法无法在现场判断出解析塔的解析是否完全。另外，利用GB/T 7702.5-1997测定脱硫脱硝活性炭的水容量时，因为活性炭在煮沸过程中会脱落一些残渣或颗粒物(即浮灰)以及取样量不具有代表性等原因，会导致实验测量过程产生偏差而影响测定的水容量出现较大误差。

基于现有技术中的上述缺陷，需要提供能够简单、快速、有效，尤其是能够在现场快速判断脱硫脱硝活性炭性能的方法。

发明内容

本发明的目的在于研究并发现脱硫脱硝活性炭碘值、脱硫值和脱硝率与水容量间的关系，提供一种能够快速测定脱硫脱硝活性炭性能的方法及其应用。

为实现上述发明目的，根据本发明提供一种测定脱硫脱硝活性炭性能的方法及其应用，其中脱硫脱硝活性炭性能的预测模型的建立方法包含如下步骤：

a.对脱硫脱硝活性炭分组取样并测定各组样品的水容量；

b.测定各组脱硫脱硝活性炭样品的碘值和/或脱硫值；

c.分别建立脱硫脱硝活性炭样品的碘值和/或脱硫值的预测模型。

根据本发明的一个方面，在所述步骤a中，对脱硫脱硝活性炭取样至少三组。

根据本发明的一个方面，所述步骤c中的碘值和脱硫值的预测模型均采用线性回归分析法建立。

根据本发明的一个方面，在所述步骤c中，还包含对所述预测模型进行验证和优化。

根据本发明的一个方面，对预测模型的验证和优化包括以下步骤：

S1.按照所述步骤a、b的操作方法，任意取一组测量一组不同性能未知指标的脱硫脱硝活性炭样品，测量的水容量以及碘值和/或脱硫值；

S2.将所述水容量输入所述预测模型，分别计算出脱硫脱硝活性炭的碘值和/或脱硫值；

S3.将碘值和/或脱硫值的计算值与真实值进行比较，计算偏差，确定偏差最小的预测模型。

根据本发明的一个方面，在所述步骤b中，还包括测定步骤a中脱硫脱硝活性炭样品的脱硝率。

根据本发明的一个方面，在所述步骤a，b中，采用现有的技术或改进的方法测量样品的水容量、碘值、脱硫值。

根据本发明的一个方面，在所述步骤b中，采用现有技术测定样品的脱硝率。

根据本发明的一个方面，在所述步骤c中，还包括建立脱硫脱硝活性炭样品的脱硝率的预测模型。

根据本发明的一个方面，所述脱硝率的预测模型采用非线性回归分析法建立。

测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，包括以下步骤：

T1.测定脱硫脱硝活性炭的水容量值并计为X；

T2.利用以下公式将水容量值X转换为活性炭的碘值W和/或脱硫值Y：

W＝hX+j和/或Y＝kX+m；

其中，h的取值范围在10至20之间，j的取值范围在-100至-500之间，k的取值范围在0.3至0.5之间，m的取值范围在-5至5之间。

根据本发明的一个方面，在公式W＝hX+j中，h＝17.39，j＝-377.17。

根据本发明的一个方面，在公式Y＝kX+m中，k＝0.3425，m＝0.5613。

根据本发明的一个方面，在所述步骤T2中，还包括利用以下公式将水容量值X转换为活性炭的脱硝率Z：

Z＝nln(X)+p；

其中，n的取值范围在2至8之间，p的取值范围在30至60之间。

根据本发明的一个方面，在公式Z＝nln(X)+p中，n＝6.8451，p＝35.436。

根据本发明的一个方面，在所述步骤T1中，首先取脱硫脱硝活性炭并使其吸收水分至饱和，对其进行水洗；

水洗后去除附着在其表面的水后测得脱硫脱硝活性炭质量记为M1；

然后去除其孔隙中的水后再次测得脱硫脱硝活性炭质量记为M2；

最后利用以下公式计算得出脱硫脱硝活性炭的水容量值X：

X＝[(M1－M2)/M2]*100％。

根据本发明的一个方面，利用搅拌煮沸法使脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和。

根据本发明的一个方面，所述搅拌煮沸法首先将脱硫脱硝活性炭置于盛样器具中，加入蒸馏水至浸没其中的脱硫脱硝活性炭；

然后加热煮沸同时搅拌至脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和，最后使其冷却至室温。

根据本发明的一个方面，搅拌沸腾时间持续至少3min。

根据本发明的一个方面，搅拌沸腾期间保持所述盛样器具中的蒸馏水至浸没其中的脱硫脱硝活性炭。

根据本发明的一个方面，所述盛样器具为耐热容器。

根据本发明的一个方面，利用负压抽真空法使脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和。

根据本发明的一个方面，所述负压抽真空法首先将所述脱硫脱硝活性炭置于盛样器具中，并对所述盛样器具抽真空；

然后向盛样器具中加入蒸馏水至浸没脱硫脱硝活性炭；

保持对盛样器具的抽真空，至所述脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和，泄压至常压。

根据本发明的一个方面，在加水前对所述盛样器具抽真空至真空度大于0.05MPa或者绝对压力小于0.05MPa，恒压至少保持10min。

根据本发明的一个方面，加入蒸馏水的过程至少为2min。

根据本发明的一个方面，在加水后保持对所述盛样器具的抽真空至少20min。

根据本发明的一个方面，对所述盛样器具抽真空的抽真空装置包括抽滤器具，所述抽滤器具能够耐负压、可自由开闭、至少具有两个开孔且具有观察孔。

根据本发明的一个方面，利用流动的蒸馏水对吸水饱和后的脱硫脱硝活性炭进行清洗，直至清洗后的水洁净为止。

根据本发明的一个方面，将水洗后的脱硫脱硝活性炭置于吸水物上，用吸水物将其表面水分吸干。

根据本发明的一个方面，所述吸水物为吸水纸、吸水巾或吸水织物。

根据本发明的一个方面，去除脱硫脱硝活性炭孔隙中的水分的方法为利用烘干设备对其烘干。

根据本发明的一个方面，所述烘干温度至少为105±5℃，烘干时间至少2个小时。

根据本发明的一个方面，所述取脱硫脱硝活性炭样品，按照质量的取样标准在15至45g之间，按照体积取25至75mL之间，30g质量取样为最佳值。

测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，用于检测或鉴别脱硫脱硝活性炭再生效果或失活情况。

测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，用于现场调试脱硫塔运行参数。

本发明的构思是，基于脱硫脱硝活性炭具有多孔隙结构和表面官能团，这就决定了其结构与吸附等性能之间存在确定的关系，因此，如果找到表征其性能的指标之间的模型关系，就可以通过测定脱硫脱硝活性炭的水容量，得出其碘值、脱硫值和脱硝率，以此确定脱硫脱硝活性炭的性能。仅仅测定脱硫脱硝活性炭的水容量与同时测定水容量、碘值、脱硫值和脱硝率相比，操作简单，速度快，可以快速确定脱硫脱硝活性炭的性能。根据本发明的上述构思，通过测定水容量可以在工业应用的所允许公差范围内确定脱硫脱硝活性炭的性能。这种方法避免了直接测定碘值、脱硫值和脱硝率，进而避免使用特定仪器，并极大地节约了时间。这对于工业生产的现场确定活性炭性能具有非常实用的意义和价值。

根据本发明的一个方案，利用多元分析方法建立脱硫脱硝活性炭水容量与碘值、脱硫值和脱硝率之间的预测模型，随后在后续测定活性炭的性能时，直接测定活性炭试样的水容量，并用水容量直接代入预测模型计算即可得出碘值、脱硫值和脱硝率。而本发明的碘值和脱硫值的预测模型的拟合度均大于0.9，而脱硝率的预测模型的拟合度大于0.8，可见预测模型计算出的计算值与真实值非常接近，可以很好的替代直接检测的方法。在工业生产中，直接测定这三者的值非常耗费时间，并且需要特定设备才能完成现场检测，不利于现场调试脱硫塔和解析塔的运行参数及随时观测各塔的运行情况。而利用本发明测定水容量并转换的方法，可以直接在现场检测，无需特定设备，耗时非常短，因此能够直接判断出活性炭脱硫塔中的活性炭是否吸附饱和以及解析塔是否解析完全。

根据本发明的构思，考虑到煮沸工艺中会使得活性炭脱落一些残渣或颗粒物(即浮灰)。因此本发明在活性炭吸水饱和之后，再来进行去灰步骤。而后续也不会再有会使活性炭上的物质脱落的工艺步骤，因此不会再造成活性炭的质量变化，一次去灰既除去了活性炭最初携带的灰分，又能除去由于吸水步骤中利用的搅拌煮沸法使得活性炭表面脱落的浮灰，进而降低了实验过程误差，提高了实验准确性和精度。而本发明的去灰步骤为利用流动的水对活性炭进行水洗，相对于振筛机的振筛，对活性炭的冲击也较小，可以减少测定水容量的实验本身对活性炭造成的损坏。

根据本发明的一个方案，在活性炭吸水步骤中，水分不但被吸入活性炭之中，同时还会留存在活性炭的表面。因此为了消除留存在活性炭表面的水分对后续计算水容量产生的测量偏差等不利影响，本发明还设置了不同于现有技术的去除活性炭表面水分的步骤，即为了消除现有技术中利用抽滤法带来的吸水活性炭的上层因抽滤不充分而滞留表面吸附、而下层活性炭因过度抽滤而丧失部分孔隙水所带来的吸附水分测量不真实，导致最终的水容量计算值出现偏差甚至错误等种种缺陷，本发明利用吸水物直接将活性炭表面水分吸干，如此，可以充分去除活性炭表面的水分，而不会吸出活性炭孔隙中的水分，从而提高实验准确性和精度。

根据本发明的一个方案，在活性炭吸水的过程中，可以利用搅拌煮沸法使活性炭充分的吸收水分。在沸腾期间向烧杯中间隔注水，可以避免水被烧干。并且在煮沸期间同时进行搅拌，这样与现有技术单纯利用煮沸的方式可以使活性炭试样吸水更充分。

根据本发明的一个方案，在活性炭吸水的过程中，可以利用负压抽真空的方式使活性炭充分的吸收水分。负压抽真空法并未使用明火，可以降低实验中不安全隐患发生的风险。

根据本发明的一个方案，搅拌煮沸法和负压抽真空法的时间均约为3.0-3.5h，可见，无论采用哪种方法测定水容量，最终得到碘值、脱硫值和脱硝率的时间都比现有技术短。并且本发明的方法不产生废气、不用化验试剂、不需要搭建反应器、无安全隐患。

附图说明

图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的预测模型的建立方法的流程图；

图2是第一组平行实验中水容量与碘值的散点图；

图3是第二组平行实验中水容量与碘值的散点图；

图4是合并数据后水容量与碘值的散点图；

图5是第一组平行实验中去除第5#组样本的水容量与碘值的散点图；

图6是第二组平行实验中去除第10#组样本的水容量与碘值的散点图；

图7是合并数据后去除第5#和第10#组样本的水容量与碘值的散点图；

图8是第一组平行实验中水容量与脱硫值的散点图；

图9是第二组平行实验中水容量与脱硫值的散点图；

图10是合并数据后水容量与脱硫值的散点图；

图11是第一组平行实验中水容量与脱硝率的散点图；

图12是第二组平行实验中水容量与脱硝率的散点图；

图13是合并数据后水容量与脱硝率的散点图；

图14是示意性表示根据本发明的一种实施方式的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法的流程图；

图15是示意性表示用于实施本发明的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法的抽真空装置示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

1、脱硫脱硝活性炭性能预测方法构思

本发明的测定碘值、脱硫值和脱硝率的方法以及测定活性炭性能的方法所对应的活性炭为烟气脱硫脱硝用活性炭。这类活性炭为煤质活性炭，颗粒较大，一般为Φ7-12mm柱状活性炭，其中Φ8-9mm柱状活性炭应用居多。在判断活性炭性能时，碘值、脱硫值和脱硝率是判断活性炭性能的重要指标。本发明的构思在于活性炭作为一种多孔隙结构和表面官能团的物质，结构决定性能，其性能指标之间存在某种必然的联系，因此，探索、建立并找出脱硫脱硝活性炭的水容量与碘值、脱硫值和脱硝率之间的关系，就能在后续测定活性炭的性能时，避免采用现行的繁琐、费时、不方便的方法直接检测活性炭碘值、脱硫值和脱硝率，如果活性炭碘值、脱硫值和脱硝率与水容量有固定的线性或非线性的关系，仅仅检测活性炭的水容量，而后，根据水容量就能快速、方便确定碘值、脱硫值和脱硝率，从而根据活性炭的碘值、脱硫值、脱硝率确定其性能应用于现场及时指导生产。

2、脱硫脱硝活性炭样品制备

参照图1示出的本发明的用于测定脱硫脱硝活性炭性能的预测模型的建立方法的流程图。在建立预测模型时，首先按照行业常规的活性炭制备方法制备不同碘值范围的烟气脱硫脱硝活性炭，相关样品及制备工艺控制参数见表1。本发明从中取样进行研究：

表1 20组不同碘值样品及制备说明

说明：活化料经过活化工艺制备得到，其中不同碘值的样品采用不同活化时间控制得到，该控制方法为活性炭制备常规的控制方法。

3、实施例

实施例1：脱硫脱硝活性炭性能指标碘值预测

从表1中取样，每个平行实验取五组样品，均采用行业现有常规通行的测定方法(例如，利用GB/T 7702.5-1997测定水容量，利用GB/T

7702.7-87测定碘值)，测定这些样品的水容量和碘值，如表2和表3所示，以便后续绘制散点图：

表2第一组平行实验五组样品碘值、水容量数值

样品编号	1#	2#	3#	4#	5#
						碘值(mg/g)	216.00	324.00	381.00	435.00	509.00
水容量(％)	34.36	39.72	44.03	46.62	63.63

表3第二组平行实验五组样品碘值、水容量数值

样品编号	6#	7#	8#	9#	10#
						碘值(mg/g)	235.00	303.00	375.00	445.00	547.00
水容量(％)	34.42	40.70	46.80	49.70	77.67

表4 10个样品碘值、水容量测定值数据表

随后按照表2和表3分别绘制出图2和图3两个散点图，两图中均以水容量为横坐标，而碘值为两图中坐标系的纵坐标。然后在图2和图3中添加趋势线，发现水容量与碘值为线性关系，因此两图中的趋势线均为直线。由此可利用线性回归分析法得出第一组平行实验中水容量值X与碘值W之间的线性关系式为W＝9.3069X-52.062,拟合度R²＝0.8575；而第二组平行实验中水容量值X与碘值W之间的线性关系式为W＝6.8712X+38.414,拟合度R²＝0.883。随后将两个组平行实验合并，形成表4示出的包含10组样品数据的数据表。然后按照表4以水容量为横坐标，碘值为纵坐标绘制出散点图图4。然后在图4中添加趋势线，并利用线性回归分析法得出合并数据后的水容量值X与碘值W的线性关系式为W＝7.4663X+20.37，R²＝0.8402。

分析图2-图4得出，经回归分析发现，碘值W与水容量值X呈线性相关，0.80＜R²＜0.90。同时，由图中可以观察到，当样品中包含碘值大于500mg/g的样品时，脱硫脱硝活性炭的水容量与碘值的线性关系的相关度显著降低，表明碘值小于500mg/g的脱硫脱硝活性炭样品其水容量与碘值的线性关系的相关性更好。这是因为碘值表征活性炭微孔发达程度，而水容量表征活性炭全孔(包括微孔、中大孔)发达情况，无论是微孔还是中大孔都会吸附水分，即水容量反映的不仅仅是活性炭的中大孔分布，还有微孔分布情况。在活性炭的碘值较低时，其微孔较少，中大孔相对发达，微孔对水容量的贡献度或影响不及中大孔的影响大，也就是说此时表征活性炭微孔的碘值的变化对总体的水容量值的影响较小，因此，水容量与碘值的线性关系的相关度会很高。但是，随着碘值增加，预示活性炭的微孔比例在提高，微孔相对于中大孔对水容量的贡献或影响会加大；当样品碘值在较高范围时例如大于500mg/g，此时，活性炭的微孔较发达，而中大孔占比相对减少，此时微孔将决定水容量的大小，而且此时，随着微孔比例的不断增加即碘值不断增加，活性炭会因为微孔增加而比表面积增大导致对水分的吸附能力显著提高，即此时碘值增加会表现出活性炭的水容量呈加速上升的趋势，这反映在图2-4中，碘值大于500mg/g的高碘值样品数值点明显偏离预测关系直线处在直线的下方，即在图中坐标轴上的高碘值数值点偏向于水容量坐标轴一侧，因此，较高碘值样品的水容量值会明显偏离基于低碘值范围样品的碘值与水容量的变化趋势线，导致图2-4中的预测模型的R²下降(低于0.9)。因此，由图2-4分析得出，碘值低于500mg/g样品与高于500mg/g样品，在碘值与水容量线性关系预测模型共用时会降低预测方法的准确性。鉴于脱硫脱硝活性炭碘值通常低于500mg/g，因此，从实际应用出发，本发明将碘值低于500mg/g样品碘值、水容量重新绘制散点图，确定线性关系式。

图5-图7分别为第一组平行实验去除第5#组数据、第二组平行实验去除第10#组数据以及两组平行实验合并后去除第5#和第10#组数据的散点图。同样在三个图中添加趋势线，得出三个散点图中的水容量值X与碘值W的线性关系式分别为W＝17.39X-377.17，R²＝0.993；W＝13.186X-226.25，R²＝0.9751；W＝14.433X-267.57，R²＝0.9419。

综合上述，在去除了碘值大于500mg/g的样品后，三个散点图的线性关系式的拟合度R²均大于0.9，相关性显著提升。随后还需对这三个关系式的准确性进行评价，并选出偏差最小的关系式作为最终用于预测碘值的预测模型。具体为首先从表1中的任意两组不同碘值的样品组中取两份试样作为一组样品。然后对这一组样品，采用行业现有常规通行的测定方法(例如，利用GB/T 7702.5-1997测定水容量，利用GB/T 7702.7-87测定碘值)，分别测定水容量和碘值，如下表5所示：

表5 2组不同碘值样品碘值、水容量数值

样品编号	11#	12#
			碘值(mg/g)	316	394
水容量(％)	40.12	44.73

按上述方法利用两个平行组实验并合并数据共得到的三个水容量与碘值的线性公式，随后将表5中的水容量分别代入到这三个公式中，计算出碘值，并对比计算得出的碘值与表5中的测定碘值，以验证上述公式预测结果的准确性，从而选出偏差最小的公式作为最终的预测碘值的预测模型，具体如表6所示：

表6碘值测量值与模型预测值对比偏差分析

由表6可知，公式W＝17.39X-377.17的偏差相对来说更小，小于|2％|，因此可作为最终预测碘值的预测模型。

实施例2：脱硫脱硝活性炭性能指标脱硫值预测

随后可建立水容量值X与脱硫值Y的预测模型。具体方法为从表1中取样，每个平行实验取五组样品，均采用行业现有常规通行的测定方法(例如，利用GB/T 7702.5-1997测定水容量，利用GB/T 30202.4-2013测定脱硫值)，测定这些样品的水容量和脱硫值，如表7和表8所示，以便后续绘制散点图：

表7第一组平行实验五组样品脱硫值、水容量和碘值数值

样品编号	1#	2#	3#	4#	5#
						碘值(mg/g)	216.00	324.00	381.00	435.00	509.00
脱硫值(mg/g)	11.76	13.13	15.83	16.54	20.72
						水容量(％)	34.36	39.72	44.03	46.62	63.63

表8第二组平行实验五组样品脱硫值、水容量和碘值数值

样品编号	6#	7#	8#	9#	10#
						碘值(mg/g)	235	303	375	445	547
水容量(％)	34.42	40.70	46.80	49.70	77.67
						脱硫值(mg/g)	10.85	15.19	17.13	18.39	26.62

表9 10组样品脱硫值与水容量数值

随后按照表7和表8分别绘制出图8和图9两个散点图，两图中均以水容量为横坐标，脱硫值为纵坐标。然后在图8和图9中添加趋势线，同样均为直线。由此也可得出水容量与脱硫值同样呈线性关系。因此同样利用线性回归分析法的两组平行实验的水容量值X与脱硫值Y之间的线性关系式分别为Y＝0.3076X+1.5471，拟合度R²＝0.9654；Y＝0.3425X+0.5613，拟合度R²＝0.9703。随后同样将两个平行组实验数据合并，形成表9示出的包含是个样品数据的数据表。然后按照表9绘制合并数据后的散点图，如图10所示。在图10中添加趋势线后，利用线性回归分析法得出合并数据后的水容量值X与脱硫值Y的线性关系式为Y＝0.3359X+0.5707，R²＝0.9632。上述三个公式的拟合度R²均大于0.9，因此相关性较好。

然后验证水容量与脱硫值的关系式的准确性，与上述步骤相同，同样从表1中的任意两组不同碘值的活性炭样品中取两份试样作为一组样品。然后，采用行业现有常规通行的测定方法(例如，利用GB/T 7702.5-1997测定水容量，利用GB/T 30202.4-2013测定脱硫值)，测定这一组样品的水容量和脱硫值，如表10所示：

表10 2个样品脱硫值、水容量测定值

样品编号	13#	14#
			水容量(％)	41.56	45.41
脱硫值(mg/g)	15.05	16.40

同样将表10中的水容量代入到上述两个平行组实验及合并数据后得到的三个水容量与脱硫值的线性公式中，计算出脱硫值，并对比计算得出的脱硫值与表10中的测定的脱硫值，以验证上述公式预测结果的准确性，从而选出偏差最小的公式作为最终的预测脱硫值的预测模型，具体如表11所示：

表11脱硫值测量值与模型核算值比对

由表11可知，公式Y＝0.3425X+0.5613的偏差相对来说更小，小于

|2％|，因此可作为最终预测脱硫值的预测模型。

实施例3：脱硫脱硝活性炭性能指标脱硝率预测

上述方法建立并选出了最优的水容量与碘值和脱硫值的预测模型，除此之外，本发明还建立了水容量与脱硝率的预测模型。具体方法为，首先从表1中选取三组不同碘值的脱硫脱硝活性炭样本(见表12和表13)：

表12第一组平行实验三组不同碘值样品

样品编号	15#	16#	17#
				碘值(mg/g)	200-250	350-400	＞500

表13第二组平行实验三组不同碘值样品

样品编号	18#	19#	20#
				碘值(mg/g)	200-250	350-400	＞500

然后对这三个样品采用行业现有常规通行的测定方法(例如，利用GB/T7702.5-1997测定水容量，利用GB/T 35254-2017测定脱硝率)测定其水容量及脱硝率，同样进行两组平行组实验，如表14和表15所示：

表14第一组实验三个样品水容量、脱硝率测定值

表15第二组实验三个样品水容量、脱硝率测定值

样品编号	18#	19#	20#
				水容量(％)	38.73	43.79	74.09
脱硝率(％)	59.71	62.24	64.73

表16 6个样品水容量、脱硝率的测定值

样品编号	15#	16#	17#	18#	19#	20#
							水容量(％)	39.1	43.17	73.89	38.73	43.79	74.09
脱硝率(％)	59.77	62.30	64.18	59.71	62.24	64.73

然后利用表14和表15的数据分别绘制两个散点图，如图11和图12所示，图中以水容量为横坐标，脱硝率为纵坐标，并在图中添加趋势线。由于水容量可以表征脱硫脱硝活性炭的总孔容，因此其与和活性炭孔隙有关的碘值和脱硫值为线性关系。然而脱硝率不仅与活性炭孔隙有关，还与活性炭表面官能团直接相关，因此水容量和脱硝率并不是线性关系，因此图11和图12中的趋势线并非直线。根据两图中的趋势线，进而可以利用非线性回归分析法得出两图的水容量值X与脱硝率Z之间的关系式分别为Z＝5.7803ln(X)+39.475，R²＝0.8002；Z＝6.8451ln(X)+35.436，R²＝0.883。同样，将两次平行实验的数据合并，形成如表16所示的包含6个样品数据的数据表。按照表16绘制出合并数据后的散点图，如图13所示。在图13中添加趋势线后，利用非线性回归分析法得出合并数据后的水容量值X与脱硝率Z之间的关系式为Z＝6.317ln(x)+37.44，R²＝0.84。由于水容量与脱硝率为非线性关系，因此拟合度R²大于0.8的关系式均视为合格。综合上述，可以选择拟合度最高的关系式作为最终的预测模型，因此选择第一组平行组实验的公式Z＝6.8451ln(X)+35.436作为最终预测脱硝率的预测模型。

综上所述，本发明分别建立了脱硫脱硝活性炭的水容量与碘值、脱硫值和脱硝率的预测模型，上述的最终的预测模型均为本发明经过平行组实验以及验证优化选出的拟合度最高的公式。然而，经过实验验证，三个公式中的常数在以下范围时均可满足本发明上述拟合度范围的要求：

W＝hX+j；

Y＝kX+m；

Z＝nln(x)+p；

其中，前两个碘值与脱硫值的预测模型中，h的取值范围在10至20之间，j的取值范围在-100至-500之间，k的取值范围在0.3至0.5之间，m的取值范围在-5至5之间。实际建立模型的过程中，拟合出的常数数值在上述范围内时拟合度均大于0.9，即均满足要求。而脱硝率的预测模型中，n的取值范围在2至8之间，p的取值范围在30至60之间，若实验得出的公式中的常数在上述范围内的公式的拟合度均大于0.8，同样满足要求。而如此高的拟合度也说明本发明建立的预测模型完全能够代替直接检测碘值、脱硫值和脱硝率的方法，进而判断活性炭的性能。上述方法在实际应用中时，测定脱硫脱硝活性炭样品的碘值、脱硫值和脱硝率的方法均可采用国标方法以获取预测模型，得出三个预测模型后，后续不必再进行这三者的测定，因此不影响本发明测定脱硫脱硝活性炭性能的实验效率，基于本发明，可以为现场操作决策提供及时支持服务，节省了实验时间，提高了工作效率。

图14示出了利用上述三个预测模型测定脱硫脱硝活性炭性能的方法的流程图。

实施例4：脱硫脱硝活性炭性能指标水容量测量

如图14所示，利用本发明的测定方法时，首先需测定活性炭的水容量，测定水容量的方法可采用目前国家标准的方法，也可采用以下本发明对国标进行了改良的方法。本发明的改良方法中，首先取一部分脱硫脱硝活性炭作为样品，取样时可以按照质量取样也可按照体积取样。按照质量的取样标准在15至45g之间，按照体积取25至75mL之间，本发明经过对取样量进行优选，取样量为30g，此为最佳值。接下来需使活性炭吸水，为了使活性炭吸水充分直至饱和，可以采用两种方式，第一种为搅拌煮沸的方式。

A.搅拌煮沸法

在采用搅拌煮沸的方式时，将所取得的试样放入盛样器具中。在本实施方式中，盛样器具需为耐热容器，本实施方式的盛样器具为烧杯。烧杯容积在250至500mL之间。随后向烧杯中注入100至400mL的蒸馏水(本实施方式为100mL)，直至浸没活性炭并记录此时液面高度。需要同时对蒸馏水和活性炭试样加热，直至煮沸。在加热的过程中，不断地搅拌。具体可以将烧杯置于电加热炉上，并通过支架固定，然后将搅拌器的搅拌桨置于水中，开始搅拌，搅拌桨的转速为100-300r/min(本实施方式为120r/min)，同时利用电加热炉将水煮沸。在搅拌煮沸期间，为了避免水被煮干，需不断补充蒸馏水，即每隔3min就向烧杯中注水，以使烧杯中的液面始终浸没活性炭试样。当煮沸至少3min后(本实施方式煮沸时间为5min)，停止加热和搅拌，使活性炭冷却至室温，冷却时间控制在15-20min之间，此时视为活性炭已经吸水饱和。冷却时间可根据实际需求确定，但必须保持每份试样的冷却时间一致。

B.负压抽真空法

另一种使活性炭充分吸水的方式为负压抽真空的方式，该方式不会利用明火，因此安全系数更高，消除爆炸、失火等安全隐患。在采用抽真空的方式时，参照图15示出的用于本发明的抽真空装置，该抽真空装置中，包含一个能够耐负压、可自由开闭、至少具有两个开孔且具有观察孔的抽滤器具5。可自由开闭是指具有一个可开启和关闭的门或盖，以便能够取放盛样器具8，且能够在关闭后形成密封。按照上述功能，本实施方式选用抽滤瓶作为抽滤器具5。抽真空法的第一步为将取出的试样放入盛样器具8中，在本实施方式中，盛样器具8为盛样杯。随后将盛样杯通过抽滤器具5上端的开孔置于抽滤瓶内并盖好盖体，关闭通水阀7、泄压阀6，打开真空泵2，调节调节阀4抽真空至压力表1测得抽滤瓶内的真空度大于0.05MPa或者绝对压力小于0.05MPa(本实施方式的真空度为0.09MPa(绝对压力为0.01MPa))，保持恒压至少10min以上(本实施方式为20min)。这一负压过程的目的在于将活性炭孔隙内的空气排出，以便后续活性炭的充分吸水。为了防止倒吸，本发明在调节阀4与真空泵2之间设置了安全瓶3。随后打开通水阀7，由于负压的作用，量水器9中的蒸馏水会向盛样杯内缓慢注入，直至试样完全浸没后停止注水。由于注水过快会导致活性炭中的小孔隙不能充分吸水，因此这一注水过程越慢越好。而在保证效率的前提下，注水过程最快也保证至少2min(本实施方式注水时间为2min，注水量为100mL)。注水完成后关闭通水阀7，然后在真空下再保持至少20min(本实施方式为30min)。由于活性炭处于真空环境下，因此大气压可以将水压入活性碳的孔隙中，从而使活性炭试样吸水至饱和。最后关闭真空泵2，打开泄压阀6泄压至常压，然后将盛样杯取出，再将吸水后的活性炭取出。由上述可知，本实施方式的抽滤瓶的盖体上设置了三个开孔，分别连接抽真空管路、进水管路以及泄压管路。而实际上，如果抽滤瓶的盖体上空间有限，泄压阀设置在抽真空管路或进水管路上均可，无需再额外开设安装泄压管路的开孔，而仅开设两个开孔即可。

由于煮沸的过程会使活性炭表面的部分灰分脱落，因此在活性炭冷却至室温后需要对活性炭进行水洗去灰。在本实施方式中，在容器中注入100-400mL的蒸馏水，随后用搅拌棒搅拌大约8-20圈。搅拌完成后将水倒掉，至此完成一遍水洗。此处容器为烧杯，若利用搅拌煮沸法时，可以直接利用煮沸用的烧杯，也可更换新的烧杯。重复上述步骤直至目测清洗后的水中无残留物为止，至少水洗三遍。根据本发明，按上述方式水洗三遍后的清洗水中基本没有其他残留物，因此从节约实验时间和成本的角度，水洗三遍基本可以使得活性炭达到后续实验标准，无需再进行额外的水洗。现有技术中的去灰工序通常仅在取样前利用振筛机振筛除灰，而未考虑煮沸后也会产生浮灰。而本发明的水洗步骤，可一次性去除活性炭试样中所有的小颗粒浮灰，因此后续测量的质量均未受到浮灰的干扰，从而提高了实验精度，还省去了取样前用振筛机的筛选去灰工序。然而，虽然抽真空的方式并不会如煮沸那样，造成严重的灰分脱落现象，但本发明在抽真空之后依然使用上述水洗方法，从而可以省去振筛机筛选的步骤，以达到节约成本和提高效率的目的。而水洗的方式也可不采用本实施方式中的利用搅拌棒搅拌的方式，因为利用搅拌棒搅拌蒸馏水目的是为了让水流动，因此也可以直接用流动水冲洗，直至冲洗后的水洁净为止(同样目测即可)。

用蒸馏水水洗去灰后，去除附着在活性炭表面的水，以保证测量的水容量的准确性。目前的现有技术中，测量活性炭水容量的实验一般在漏斗中放置吸水纸，然后将活性炭倒进漏斗，最后将漏斗咀部置于抽滤瓶中抽滤。很显然，活性炭在漏斗中会形成一定厚度，而抽滤瓶从底部抽滤无法涉及到位于上层的活性炭，导致上层抽滤压力不足，因此表面水分去除不充分；而底部或下层的活性炭的抽滤压力过大，会出现过抽，即活性炭孔隙中的水分也会被抽出，导致最终计算的水容量不准确。而本发明中，直接将活性炭置于吸水物上，该吸水物可以为吸水纸、吸水巾或者吸水织物，本实施方式利用的是吸水纸。将活性炭置于吸水纸上后，将活性炭试样铺平，然后直接用吸水纸吸去活性炭表面的水分，如此不存在活性炭内部水分被去除或表面水分去除不充分的情况，能保证水容量的测定更加准确。用吸水纸吸除活性炭表面的水分之后，测量活性炭的质量，记为M1。

随后去除活性炭孔隙中所有的水分，本实施方式利用烘干设备对活性炭进行烘干，来实现这一目的。烘干设备为烘箱，烘干温度至少为105±5℃(本实施方式的烘干温度为150±5℃)，烘干时间至少2h(本实施方式为2h)。当然，仅就去除活性炭孔隙中的水分这一目的而言，任何采用加热蒸发的原理除水的方法或设备均可应用于本发明。按照上述方法烘干后再次测量活性炭的质量，记为M2。以上称量质量均精确至0.01g。重复以上步骤可再做一份试样。

由此，经过上述操作，得到了M1和M2两个数据。随后可利用这两个数据计算出活性炭的水容量值X。计算公式为：

X＝[(M1－M2)/M2]*100％。

综上所述，本发明脱硫脱硝活性炭性能的测定方法中的测定水容量的步骤对现有技术进行了改良，将水洗步骤向后挪移至活性炭吸水之后，可一次性去除活性炭本身含有的灰分以及吸水时脱落的浮灰，既提高了实验准确性和精度，又省去了振筛步骤，从而提高了实验效率。而本发明中的各个参数的设置也使得本发明的方法得以应用于测定Φ7-12mm烟气脱硫脱硝活性炭的水容量。

实施例5：脱硫脱硝活性炭性能测定在现场应用

当测得水容量值X之后，即可将其代入到上述三个预测模型中，分别计算出碘值、脱硫值和脱硝率。根据本发明可知，测定水容量的仪器均为化学领域常规仪器，一般企业均可获得，并且测定水容量的时间远低于直接测定碘值、脱硫值和脱硝率的时间，因此本发明的方法更加适用于在现场调试各塔运行参数时使用。并且，由本方法测出水容量之后转换成碘值、脱硫值和脱硝率的计算值与真实值的拟合度非常高，因此也可通过直接测定水容量的方法判断脱硫脱硝活性炭是否为合格品，并可以根据测定的水容量指标快速预测出脱硫脱硝活性炭的碘值、脱硫值和脱硝率等其它性能指标，进而应用于检测或鉴别脱硫脱硝活性炭再生效果或失活情况，还可以应用于工厂现场操作，调试脱硫塔运行参数，辅助现场生产决策，提高生产效率。例如可以测定脱硫塔中活性炭水容量快速推测其碘值、脱硫值、脱硝率，指导技术人员对脱硫塔的运行条件进行优化，使得脱硫塔去除二氧化硫、氮氧化物的效率达到最高；另一方面，可以测定再生活性炭水容量，了解其再生后的碘值、脱硫值、脱硝率，指导技术人员对再生塔的运行条件进行优化，使得再生效果达到最优。

下面表17为一组脱硫脱硝活性炭在脱硫前后、解析再生后取样(活性炭样品来自某钢铁厂，样品为采用无烟煤配方、焦油为粘结剂，通过常规活性炭制备方法制备的脱硫脱硝活性炭)，采用本发明的搅拌煮沸法测定其水容量的数值，并采用GB/T 7702.7-87测定碘值，采用GB/T30202.4-2013测定脱硫值，采用GB/T 35254-2017测定脱硝率，并检验采用本发明的预测模型得到的三种活性炭样品的碘值、脱硫值和脱硝率的适用性：

表17活性炭使用前后、再生后相关指标变化

如表17所示，通过检测值与模型核算值的比对，偏差较小，可以证明该性能测定方法的准确性。利用该方法可以使得现场技术人员可以清楚地判断活性炭的状态(失活程度、再生程度)，以此推定出各塔运行情况，并对其运行参数进行优化调节，而不需要从现场脱硫塔或解析塔中取样，经过复杂、费时的方法去测量活性炭的脱硫值、脱硝率，再对生产运行情况进行调节，也消除了传统生产方式依靠现场工人经验去判断而带来的粗放式操作风险。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (31)

1.一种脱硫脱硝活性炭性能的预测模型的建立方法，包含如下步骤：

a.对脱硫脱硝活性炭分组取样并测定各组样品的水容量；

b.测定各组脱硫脱硝活性炭样品的碘值和/或脱硫值；

c.采用线性回归分析法，利用测定的水容量以及碘值和/或脱硫值，建立用于预测脱硫脱硝活性炭样品的碘值和/或脱硫值的预测模型。

2.根据权利要求1所述的脱硫脱硝活性炭性能的预测模型的建立方法，其特征在于，在所述步骤a中，对脱硫脱硝活性炭取样至少三组。

3.根据权利要求1所述的脱硫脱硝活性炭性能的预测模型的建立方法，其特征在于，在所述步骤c中，还包含对所述预测模型进行验证和优化。

4.根据权利要求3所述的脱硫脱硝活性炭性能的预测模型的建立方法，其特征在于，对预测模型的验证和优化包括以下步骤：

S1.按照所述步骤a、b的操作方法，取一组脱硫脱硝活性炭样品，测量水容量以及碘值和/或脱硫值；

S2.将所述水容量输入所述预测模型，分别计算出脱硫脱硝活性炭的碘值和/或脱硫值；

S3.将碘值和/或脱硫值的计算值与真实值进行比较，计算偏差，确定偏差最小的预测模型。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的脱硫脱硝活性炭性能的预测模型的建立方法，其特征在于，在所述步骤b中，还包括测定步骤a中脱硫脱硝活性炭样品的脱硝率。

6.根据权利要求5所述的脱硫脱硝活性炭性能的预测模型的建立方法，其特征在于，在所述步骤c中，还包括建立脱硫脱硝活性炭样品的脱硝率的预测模型。

7.根据权利要求6所述的脱硫脱硝活性炭性能的预测模型的建立方法，其特征在于，所述脱硝率的预测模型采用非线性回归分析法建立。

8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的预测模型测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，包括以下步骤：

T1.测定脱硫脱硝活性炭的水容量值并计为X；

T2.利用以下公式将水容量值X转换为活性炭的碘值W和/或脱硫值Y：

W=hX+j和/或Y=kX+m；

其中，h的取值范围在10至20之间，j的取值范围在-100至-500之间，k的取值范围在0.3至0.5之间，m的取值范围在-5至5之间。

9.根据权利要求8所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，在公式W=hX+j中，h=17.39，j=-377.17。

10.根据权利要求8所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，在公式Y=kX+m中，k=0.3425，m=0.5613。

11.根据权利要求8所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，在所述步骤T2中，还包括利用以下公式将水容量值X转换为活性炭的脱硝率Z：

Z=nln(X)+p；

其中，n的取值范围在2至8之间，p的取值范围在30至60之间。

12.根据权利要求11所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，在公式Z=nln(X)+p中，n=6.8451，p=35.436。

13.根据权利要求8所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，在所述步骤T1中，首先取脱硫脱硝活性炭并使其吸收水分至饱和，对其进行水洗；

水洗后去除附着在其表面的水后测得脱硫脱硝活性炭质量记为M1；

然后去除其孔隙中的水后再次测得脱硫脱硝活性炭质量记为M2；

最后利用以下公式计算得出脱硫脱硝活性炭的水容量值X：

X=[（M1－M2）/M2]*100%。

14.根据权利要求13所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，利用搅拌煮沸法使脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和。

15.根据权利要求14所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，所述搅拌煮沸法首先将脱硫脱硝活性炭置于盛样器具中，加入蒸馏水至浸没其中的脱硫脱硝活性炭；

然后加热煮沸同时搅拌至脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和，最后使其冷却至室温。

16.根据权利要求15所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，搅拌沸腾时间持续至少3min。

17.根据权利要求16所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，搅拌沸腾期间保持所述盛样器具中的蒸馏水至浸没其中的脱硫脱硝活性炭。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，所述盛样器具为耐热容器。

19.根据权利要求13所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，利用负压抽真空法使脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和。

20.根据权利要求19所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，所述负压抽真空法首先将所述脱硫脱硝活性炭置于盛样器具中，并对所述盛样器具抽真空；

然后向盛样器具中加入蒸馏水至浸没脱硫脱硝活性炭；

保持对盛样器具的抽真空，至所述脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和，泄压至常压。

21.根据权利要求20所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，在加水前对所述盛样器具抽真空至真空度大于0.05MPa或者绝对压力小于0.05MPa，恒压至少保持10min。

22.根据权利要求20所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，加入蒸馏水的过程至少为2min。

23.根据权利要求20所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，在加水后保持对所述盛样器具的抽真空至少20min。

24.根据权利要求20-23中任一项所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，对所述盛样器具抽真空的抽真空装置包括抽滤器具，所述抽滤器具能够耐负压、可自由开闭、至少具有两个开孔且具有观察孔。

25.根据权利要求13所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，利用流动的蒸馏水对吸水饱和后的脱硫脱硝活性炭进行清洗，直至清洗后的水洁净为止。

26.根据权利要求13所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，将水洗后的脱硫脱硝活性炭置于吸水物上，用吸水物将其表面水分吸干。

27.根据权利要求26所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，所述吸水物为吸水纸、吸水巾或吸水织物。

28.根据权利要求13所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，去除脱硫脱硝活性炭孔隙中的水分的方法为利用烘干设备对其烘干。

29.根据权利要求28所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，其特征在于，烘干温度至少为105±5℃，烘干时间至少2个小时。

30.根据权利要求8-17、19-23、25-29中任一项所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，用于检测或鉴别脱硫脱硝活性炭再生效果或失活情况。

31.根据权利要求8-17、19-23、25-29中任一项所述的测定脱硫脱硝活性炭性能的方法，用于现场调试脱硫塔运行参数。

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