CN111603888A - 一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的系统，配气系统用于向混气系统中的混气室进行配气，加湿系统采用泵给水，水在混气室内受热气化与混气室中的气体进行混合；混气室中的混合气体通过出口进入吸脱附系统进行变温吸脱附净化；吸脱附系统包括炉体和吸附器；降温系统的炉体与升降机连接，采用升降机可进行升降，使吸附器与炉体相对移动分离，利用空压机吹气降温，便于吸附器升降温，从而进行变温吸脱附净化。该系统利用改性活性炭的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用低温吸附、升温脱附的方法，对烧结烟气进行净化；该系统可以有效净化烧结烟气，克服活性炭净化烧结烟气过程中对温度的限制，并实现快速降温。

Description

一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的系统
技术领域
本发明属于烟气处理领域，具体涉及一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的系统。
背景技术
烧结烟气一直是钢铁企业较难治理的污染源，在钢铁冶炼过程中，约有48％的NOx及51％-62％的SO2来自烧结工艺。根据2012年颁布的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》，现有的绝大多数钢铁企业都有二氧化硫、氮氧化物及粉尘排放超标的问题。
烧结烟气与燃煤锅炉烟气相比烟气量较大、烟气成分复杂、烟气温度变化范围大、二氧化硫和氮氧化物浓度变化大、烟气含尘量大、含氧量与含湿量高，对污染物处理有较大的影响。由于烧结烟气的特点，电厂排放治理的工艺路线不能直接用于烧结烟气，虽然现在成熟工艺较多，但目前的脱硫脱硝工艺都或多或少存在着这样或那样的不足。如何完成烧结烟气脱硫脱硝的有效治理，成为环保行业研究的一大热点。
活性炭烧结烟气净化技术具有能够同时脱硫脱硝、实现副产物资源化、吸附剂可循环使用、脱硫脱硝效率高等特点，是非常具有发展前景的多污染物一体化技术。烧结烟气经增压风机加压后温度一般为100-220℃之间，且烧结烟气中氧含量高，塔内活性炭表面氧化后床层温度会比进口烟气温度高出5-15℃，因此为了确保脱硫脱硝装置的安全运行，需要严格控制活性炭床层温度低于165℃。
为了克服普通活性炭烧结烟气净化过程中对温度的限制，采用改性活性炭，该改性活性炭含有碳基材料和非碳基材料，利用改性活性炭的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用低温吸附、升温脱附的操作方法，对烧结烟气进行净化。
发明内容
一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的系统，利用改性活性炭的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用低温吸附、升温脱附的操作方法，对烟气进行净化。
本发明涉及一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的系统，包括：配气系统、加湿系统、混气系统、吸脱附系统、吸附剂和降温系统；配气系统用于配制模拟烧结烟气，其包括SO2配气子系统、NO配气子系统、CO2配气子系统、O2配气子系统和平衡气配气子系统；混气系统具有六路入口、一路出口和混气室；SO2配气子系统、NO配气子系统、CO2配气子系统、O2配气子系统和平衡气配气子系统分别连接六路入口中的五路入口，用于向混气系统中的混气室进行配气，加湿系统连接六路入口中的一路入口，加湿系统采用泵给水，优选采用蠕动泵给水，水在混气室内受热气化与混气室中的气体进行混合；混气室中的混合气体通过出口进入吸脱附系统进行变温吸脱附净化；吸脱附系统包括炉体和吸附器；炉体置于吸附器外部；吸附剂为改性活性炭，其置于吸附器内；降温系统包括升降机和空压机，炉体与升降机连接，采用升降机可进行升降，使吸附器与炉体相对移动分离，利用空压机吹气降温，便于吸附器升降温，从而进行变温吸脱附净化。
其中，配气系统采用流量计进行控制，通过流量计的操作窗口设置总输出气体流量，并且设置每一种气体的体积百分比浓度，从而使得配气系统自动配气，并由流量计检测进气量，所述平衡气为氮气或空气，优选空气由另一空压机提供。
其中，所述泵的给水流量通过电位器调节所述泵转速来实现。优选，混气系统的混气室为三层回龙式混合结构，混气室外表面有加温层和保温层，用温控仪进行恒温控制。
其中，升降机通过步进电机进行升降，升降速度通过步进电机进行调整，升降范围采用行程开关进行限制，吸附器上端采用卡盘安装方式，吸附器下端采用法兰安装方式。
其中，改性活性炭为含有一定比例的碳基材料和非碳基材料，碳基材料主要为煤质活性炭、木质活性炭、污泥活性炭等，非碳基材料主要为B2O3、KBF4、NH4HCO3、Al2O3等，碳基材料与非碳基材料均匀混合，在一定条件下制备改性活性炭。优选，活性炭即碳基材料占改性活性炭的质量比为70～90％，B2O3占改性活性炭的质量比为13.5～4.5％，KBF4占改性活性炭的质量比为3～1％，NH4HCO3占改性活性炭的质量比为1.5～0.5％，Al2O3占改性活性炭的质量比为12～4％。优选，改性活性炭的制备条件为碳基材料与非碳基材料均匀混合，氮气气氛下800～900℃高温处理3.5～4.5h制备。
其中，配气系统中总输出气体流量为5-50L/min，模拟烧结烟气各组分体积百分含量为：SO2：0.02～0.04％，NO：0.02～0.03％，O2：14～18％，CO2：4.0～5.5％，余量为平衡气N2。
其中，加湿系统配置混合气中水蒸气体积含量是2～10％。
其中，混气系统中气体混合温度为100～200℃。优选，吸脱附系统中吸附剂装填量50～1000g。
其中，吸脱附系统中吸附温度为100～200℃(这个温度范围不需要炉体升起。采用空压机12吹气降温，使吸附剂的温度降至100℃以下)。
其中，吸脱附系统中脱附温度为300～500℃(这个温度范围是炉体落下到正常位置时的温度)
该方法和系统包括以下步骤：(1)配气系统1：配制模拟烧结烟气，采用流量计进行精确控制，共五路气体，操作窗口设置总输出气体流量，设置每一种气体的体积百分比浓度，系统自动配气，并由流量计检测进气量，平衡气可用氮气也可以用空气，空气由空压机提供；(2)加湿系统2：采用蠕动泵给水，在高温混气室内受热气化混入气体，蠕动泵的给水流量通过电位器调节蠕动泵转速来实现；(3)混气系统3：采用三层回龙式混合，六路入口7，一路出口8，混气室外表面有加温层和保温层，用温控仪进行恒温控制，各种气体按一定比例进入混气室；(4)吸脱附系统4：由炉体9、吸附器10等组成，炉体置于吸附器外部，炉体可升降，便于吸附器升温降温，炉体升降动力来源于步进电机，可根据需要调整升降速度，升降范围采用行程开关进行限制，温控仪可设置阶段性升温程序，吸附器上端采用卡盘安装方式，下端采用法兰安装方式，模拟烧结烟气经混气室进入吸脱附系统；(5)改性活性炭5：本发明所用吸附剂为改性活性炭，改性活性炭置于吸附器内，改性活性炭含有一定比例的碳基材料和非碳基材料，碳基材料主要为煤质活性炭、木质活性炭、污泥活性炭等，非碳基材料主要为B2O3、KBF4、NH4HCO3、Al2O3等，碳基材料与非碳基材料均匀混合，在一定条件下制备改性活性炭；(6)降温系统6：调节升降机11，使吸附器与炉体相对移动分离，利用空压机12吹气降温。
该系统利用改性活性炭的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用低温吸附、升温脱附的方法，对烧结烟气进行净化；该系统可以有效净化烧结烟气，克服活性炭净化烧结烟气过程中对温度的限制，并实现快速降温。该方法利用改性活性炭的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用低温吸附、升温脱附的方法，对烟气进行净化。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明中混气室示意图；
图3为本发明中吸附器示意图；
图4为本发明中炉体示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例，对依据本发明提出的一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的方法与系统其具体实施方式、结构特征及净化方法，详细说明如下。
如图1-4所示，一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的系统，包括：配气系统1、加湿系统2、混气系统3、吸脱附系统4、吸附剂5和降温系统6；配气系统1用于配制模拟烧结烟气，其包括SO2配气子系统、NO配气子系统、CO2配气子系统、O2配气子系统和平衡气配气子系统；混气系统3具有六路入口7、一路出口8和混气室；SO2配气子系统、NO配气子系统、CO2配气子系统、O2配气子系统和平衡气配气子系统分别连接六路入口7中的五路入口，用于向混气系统3中的混气室进行配气，加湿系统2连接六路入口7中的一路入口，加湿系统2采用泵给水，优选采用蠕动泵给水，水在混气室内受热气化与混气室中的气体进行混合；混气室中的混合气体通过出口8进入吸脱附系统4进行变温吸脱附净化；吸脱附系统4包括炉体9和吸附器10；炉体9置于吸附器10外部；吸附剂5为改性活性炭，其置于吸附器10内；降温系统6包括升降机11和空压机12，炉体9与升降机11连接，采用升降机11可进行升降，使吸附器10与炉体9相对移动分离，利用空压机12吹气降温，便于吸附器升降温，从而进行变温吸脱附净化。
其中，配气系统1采用流量计进行控制，通过流量计的操作窗口设置总输出气体流量，并且设置每一种气体的体积百分比浓度，从而使得配气系统自动配气，并由流量计检测进气量，所述平衡气为氮气或空气，优选空气由另一空压机提供。所述泵的给水流量通过电位器调节所述泵转速来实现。如图2所示，混气系统3的混气室为三层回龙式混合结构，混气室外表面有加温层和保温层，用温控仪进行恒温控制。
其中，如图3-4所示，升降机11通过步进电机进行升降，升降速度通过步进电机进行调整，升降范围采用行程开关进行限制，吸附器10上端采用卡盘安装方式，吸附器10下端采用法兰安装方式。
其中，改性活性炭为含有一定比例的碳基材料和非碳基材料，碳基材料主要为煤质活性炭、木质活性炭、污泥活性炭等，非碳基材料主要为B2O3、KBF4、NH4HCO3、Al2O3等，碳基材料与非碳基材料均匀混合，在一定条件下制备改性活性炭。优选，活性炭即碳基材料占改性活性炭的质量比为70～90％，B2O3占改性活性炭的质量比为13.5～4.5％，KBF4占改性活性炭的质量比为3～1％，NH4HCO3占改性活性炭的质量比为1.5～0.5％，Al2O3占改性活性炭的质量比为12～4％。优选，改性活性炭的制备条件为碳基材料与非碳基材料均匀混合，氮气气氛下800～900℃高温处理3.5～4.5h制备。
如图1所示，配气系统中总输出气体流量为5-50L/min，模拟烧结烟气各组分体积百分含量为：SO2：0.02～0.04％，NO：0.02～0.03％，O2：14～18％，CO2：4.0～5.5％，余量为平衡气N2。加湿系统配置混合气中水蒸气体积含量是2～10％。混气系统中气体混合温度为100～200℃。优选，吸脱附系统中吸附剂装填量50～1000g。吸脱附系统中吸附温度为100～200℃。吸脱附系统中脱附温度为300～500℃
实施例1
如图1～图4所示，本发明一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的方法与系统，包括以下步骤：
设置总输出气体流量为50L/min，设置模拟烧结烟气各组分体积百分含量：SO2：0.02％，NO：0.02％，O2：14％，CO2：4.0％，水蒸气：5％，N2为平衡气，系统自动配气，并由流量计检测进气量，混合进入混气室，气体混合温度100℃。
模拟烧结烟气经混气室进入吸附器，吸附温度为100℃，升温脱附，脱附温度为400℃。
吸附器内装填1000g改性活性炭，改性活性炭含有一定比例的碳基材料和非碳基材料，碳基材料主要为煤质活性炭、木质活性炭、污泥活性炭等，非碳基材料主要为B2O3、KBF4、NH4HCO3、Al2O3等，其中活性炭所占质量比为70％，B2O3所占质量比为13.5％，KBF4所占质量比为3％，NH4HCO3所占质量比为1.5％，Al2O3所占质量比为12％；改性活性炭的制备条件为氮气气氛下800℃高温处理3.5h制备。
脱硫效率为90％，脱硝效率为42％。
实施例2
如图1～图4所示，本发明一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的方法与系统，包括以下步骤：
设置总输出气体流量为30L/min，设置模拟烟气各组分体积百分含量：SO2：0.03％，NO：0.03％，O2：18％，CO2：5.5％，水蒸气：10％，N2为平衡气，系统自动配气，并由流量计检测进气量，混合进入混气室，气体混合温度150℃。
模拟烧结烟气经混气室进入吸附器，吸附温度为150℃，升温脱附，脱附温度为300℃。
吸附器内装填50g改性活性炭，改性活性炭的制备原料为活性炭、B2O3、KBF4、NH4HCO3、Al2O3，其中活性炭所占质量比为80％，B2O3所占质量比为9％，KBF4所占质量比为2％，NH4HCO3所占质量比为1％，Al2O3所占质量比为8％；改性活性炭的制备条件为氮气气氛下850℃高温处理4h制备。
脱硫效率为88％，脱硝效率为40％。
实施例3
如图1～图4所示，本发明一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的方法与系统，包括以下步骤：
吸附器内装填800g改性活性炭，改性活性炭的制备原料为活性炭、B2O3、KBF4、NH4HCO3、Al2O3，其中活性炭所占质量比为90％，B2O3所占质量比为4.5％，KBF4所占质量比为1％，NH4HCO3所占质量比为0.5％，Al2O3所占质量比为4％；改性活性炭的制备条件为氮气气氛下900℃高温处理4.5h制备。
设置总输出气体流量为20L/min，设置模拟烟气各组分体积百分含量：SO2：0.04％，NO：0.03％，O2：15％，CO2：4.5％，水蒸气：2％，N2为平衡气，系统自动配气，并由流量计检测进气量，混合进入混气室，气体混合温度200℃。
模拟烧结烟气经混气室进入吸附器，吸附温度为200℃，升温脱附，脱附温度为500℃。
脱硫效率为95％，脱硝效率为44％。

Claims (10)

1.一种利用改性活性炭变温吸脱附净化烧结烟气的系统，其特征在于，包括：配气系统(1)、加湿系统(2)、混气系统(3)、吸脱附系统(4)、吸附剂(5)和降温系统(6)；配气系统(1)用于配制模拟烧结烟气，其包括SO2配气子系统、NO配气子系统、CO2配气子系统、O2配气子系统和平衡气配气子系统；混气系统(3)具有六路入口(7)、一路出口(8)和混气室；SO2配气子系统、NO配气子系统、CO2配气子系统、O2配气子系统和平衡气配气子系统分别连接六路入口(7)中的五路入口，用于向混气系统(3)中的混气室进行配气，加湿系统(2)连接六路入口(7)中的一路入口，加湿系统(2)采用泵给水，优选采用蠕动泵给水，水在混气室内受热气化与混气室中的气体进行混合；混气室中的混合气体通过出口(8)进入吸脱附系统(4)进行变温吸脱附净化；吸脱附系统(4)包括炉体(9)和吸附器(10)；炉体(9)置于吸附器(10)外部；吸附剂(5)为改性活性炭，其置于吸附器(10)内；降温系统(6)包括升降机(11)和空压机(12)，炉体(9)与升降机(11)连接，采用升降机(11)可进行升降，使吸附器(10)与炉体(9)相对移动分离，利用空压机(12)吹气降温，便于吸附器升降温，从而进行变温吸脱附净化。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，配气系统(1)采用流量计进行控制，通过流量计的操作窗口设置总输出气体流量，并且设置每一种气体的体积百分比浓度，从而使得配气系统自动配气，并由流量计检测进气量，所述平衡气为氮气或空气，优选空气由另一空压机提供。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述泵的给水流量通过电位器调节所述泵转速来实现。优选，混气系统(3)的混气室为三层回龙式混合结构，混气室外表面有加温层和保温层，用温控仪进行恒温控制。
4.根据权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于，升降机(11)通过步进电机进行升降，升降速度通过步进电机进行调整，升降范围采用行程开关进行限制，吸附器(10)上端采用卡盘安装方式，吸附器(10)下端采用法兰安装方式。
5.根据权利要求1-4之一所述的系统，其特征在于，改性活性炭为含有一定比例的碳基材料和非碳基材料，碳基材料主要为煤质活性炭、木质活性炭、污泥活性炭等，非碳基材料主要为B2O3、KBF4、NH4HCO3、Al2O3等，碳基材料与非碳基材料均匀混合，在一定条件下制备改性活性炭。优选，活性炭即碳基材料占改性活性炭的质量比为70～90％，B2O3占改性活性炭的质量比为13.5～4.5％，KBF4占改性活性炭的质量比为3～1％，NH4HCO3占改性活性炭的质量比为1.5～0.5％，Al2O3占改性活性炭的质量比为12～4％。优选，改性活性炭的制备条件为碳基材料与非碳基材料均匀混合，氮气气氛下800～900℃高温处理3.5～4.5h制备。
6.根据权利要求1-5之一所述的系统，其特征在于，配气系统中总输出气体流量为5-50L/min，模拟烧结烟气各组分体积百分含量为：SO2：0.02～0.04％，NO：0.02～0.03％，O2：14～18％，CO2：4.0～5.5％，余量为平衡气N2。
7.根据权利要求1-6之一所述的系统，其特征在于，加湿系统配置混合气中水蒸气体积含量是2～10％。
8.根据权利要求1-7之一所述的系统，其特征在于，混气系统中气体混合温度为100～200℃。优选，吸脱附系统中吸附剂装填量50～1000g。
9.根据权利要求1-8之一所述的系统，其特征在于，吸脱附系统中吸附温度为100～200℃。
10.根据权利要求1-9之一所述的系统，其特征在于，吸脱附系统中脱附温度为300～500℃。
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CN115945182B (zh) * 2022-12-20 2024-04-16 安徽工业大学 一种处理有机涂层热解烟气中VOCs和二噁英的吸附剂及其制备方法

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