來源：韓研活性炭網(wǎng) 作者：韓研活性炭網(wǎng) 2017-12-25
活性炭去除焦油和顆粒，由于活性炭具有較大的比表面積和各種孔隙度，因此被廣泛用作焦油裂化和吸附的催化劑載體。在一項(xiàng)研究中Cu負(fù)載的活性炭在270°C達(dá)到幾乎100%的甲苯轉(zhuǎn)化率。有關(guān)干氣凈化技術(shù)的許多研究已經(jīng)得到結(jié)果。然而，即使在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模測(cè)試中，使用來自生物質(zhì)氣化的真實(shí)氣體的催化劑及其使用壽命的研究還是不夠的。
然這項(xiàng)研究先前已經(jīng)報(bào)道了去除焦油和脫硫用活性炭材料，有必要開發(fā)一種氣體清洗過程集成在BTL過程中的每個(gè)步驟：除去焦油和顆粒的物質(zhì)和脫硫。為了提高總處理生物質(zhì)液化的能量效率的同時(shí)除去這些雜質(zhì)還沒有得到充分報(bào)道。如果實(shí)現(xiàn)去除這些雜質(zhì)的一體化工藝，可以有助于降低工廠設(shè)施，并降低投資成本。而且，關(guān)于大規(guī)模使用生物質(zhì)氣化爐的熱氣凈化方面的研究還不夠，甚至還沒有足夠的研究。因此，在本研究中，有效的硫化合物吸附劑研究實(shí)驗(yàn)室規(guī)模使用鐵負(fù)載活性炭。在臺(tái)架規(guī)模上，使用有效的Fe負(fù)載的活性炭來去除來自生物質(zhì)氣化的產(chǎn)物氣體中的焦油，顆粒和硫化合物。基于所得結(jié)果，討論了使用Fe負(fù)載的碳同時(shí)施加熱氣凈化過程到總生物質(zhì)液化過程的可能性。
作為硫化合物的吸附劑，使用活性炭和兩種Fe負(fù)載活性炭。用浸漬法將Fe負(fù)載在活性炭上。這些樣品的浸漬的Fe含量分別是9wt%和17wt%。未改性的市售活性炭由Fe0表示，F(xiàn)e含量分別為9重量%和17重量%的兩種Fe負(fù)載活性炭樣品分別由Fe9和Fe17表示。向活性炭中添加Fe使BET表面積降低約6%，并且Fe9的質(zhì)構(gòu)參數(shù)與Fe17的相似。所有的活性炭不僅有微孔，而且還有直徑達(dá)40nm的中孔，并且Fe的加入對(duì)孔隙分布沒有影響。
添加鐵對(duì)活性炭的影響
在H2S和COS存在的條件下，研究了Fe在活性炭中的加入對(duì)脫硫行為的影響，圖1顯示了Fe0，F(xiàn)e9和Fe17在350℃下的穿透曲線。采用合成氣，COS和H2S的混合氣體作為進(jìn)料氣體。合成氣體積流量(N2中200ppmv)和H2S(N2中200ppmv)的比例為8：1：1因此，COS和H2S濃度為20ppmv的進(jìn)料氣體被提供給吸附劑層。隨著鐵含量的增加，突破時(shí)間從48小時(shí)增加到136小時(shí)。顯然，向活性炭中添加Fe有助于同時(shí)去除H2S和COS。
圖1. 350°C時(shí)的突破曲線(原料氣體：CO：41.0體積%，H 2：28.1體積%，CH 4：4.2體積%，CO 2：0.4體積%，C 2 H 4：0.1體積%，N 2：26.3體積%，H 2 S：20ppmv，COS：20ppmv)，SV(350℃)= 1592h -1。Fe含量為9wt%和17wt%的兩種Fe負(fù)載活性炭樣品由Fe9和Fe17表示。
硫化合物的去除和水煤氣變換反應(yīng)
圖2顯示了作為時(shí)間函數(shù)的氣化器(燃燒區(qū)，還原區(qū)和氣化器出口)和活化的過濾器A和B的溫度變化。在富氧空氣/CO2氣化操作(10：23-17：41)期間，燃燒區(qū)(900-1200℃)的溫度足夠高，而還原區(qū)和氣化器出口的溫度保持穩(wěn)定在大約820和480℃。當(dāng)產(chǎn)品氣體通過兩個(gè)活化的過濾器(13：30-17：00)時(shí)，過濾器A和B的溫度分別為250-350和10-200℃。盡管沒有示出，活化的過濾器A和B的溫度穩(wěn)定在320-350和60-170℃，其中從每個(gè)采樣口收集焦油，顆粒和氣體。
圖2. 氣化爐和活性炭過濾器的溫度隨時(shí)間的變化。
焦油和顆粒的去除
分析從SP1，SP2和SP3收集的氣體中焦油和顆粒的濃度。來自SP1的焦油和顆粒的濃度分別為2428和2244mg Nm-3。這些結(jié)果與在大氣壓下用空氣氣化得到的產(chǎn)品氣中的焦油(0.1-5g / Nm 3)和顆粒(0.1-8g Nm -3)下抽式固定床氣化爐。這些結(jié)果表明，在加入純氧和CO的2作為氣化劑的空氣只對(duì)焦油和顆粒的排放行為稍有影響。通過活性炭過濾器A和B，焦油和顆粒物的濃度分別降低到305和662 mg Nm -3，然后分別降低到102和181 mg Nm -3。因此，與原料氣(SP1)相比，焦油和顆粒的濃度分別降低了1/24和1/12。
在沒有蒸汽的進(jìn)料氣流下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，F(xiàn)e含量為0-17%，突破時(shí)間從48小時(shí)增加到136小時(shí)。Fe負(fù)載活性炭表面促進(jìn)了COS+H 2 →H 2 S+CO反應(yīng)。采用Fe負(fù)載活性炭同時(shí)去除H 2 S和COS，利用蒸汽進(jìn)料氣流，促進(jìn)反應(yīng)COS+H 2 O→H 2 S+CO 2和水煤氣變換反應(yīng)。蒸汽的突破時(shí)間幾乎與沒有蒸汽的突破時(shí)間相同。然而，含硫化合物對(duì)蒸汽的吸附能力高于沒有蒸汽的吸附能力。
在臺(tái)架試驗(yàn)中，除去含硫化合物，三環(huán)和四環(huán)多環(huán)芳烴以及顆粒，并通過在320-350℃下用Fe9填充的第一過濾器促進(jìn)水煤氣變換反應(yīng)。H 2 S和COS 的濃度降低到0.1ppmv以下，得到H 2 / CO比為1.2 的氣體。隨后在60-170℃通過第二過濾器除去顆粒和單環(huán)和雙環(huán)PAH，除了苯的情況下。在通過兩個(gè)活性炭過濾器時(shí)，焦油和顆粒物的濃度分別從2428降至102 mg Nm -3和2244 mg / m 3至181 mg Nm -3。
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