论文部分内容阅读
氰化氢(HCN)是一种来源广泛的“非常规”有毒有害气态污染物。废气中HCN深度净化是目前我国化工、冶金、碳纤维、化工中间体等重要行业为适应更为严格的环境保护要求而急需解决的技术问题。尤其在乙炔化工行业产生的密闭电石炉尾气中,CO含量高,O2含量低,是一类典型的含高浓度CO的工业废气(CO占70～90%),且伴有HCN、H2S、PH3、COS等有毒有害气态污染物,尾气成分复杂,净化和利用难度大。目前专门针对含HCN废气开发的净化技术较少,尤其是对含高浓度CO工业废气中HCN的脱除,国内外未见报道。应用吸附剂对模拟废气中低浓度HCN进行低温吸附(吸附温度<100℃),可在解决HCN高效净化的同时满足电石炉尾气深度净化和资源化需要,又可节约净化工艺带来的能耗,是较有应用前景的HCN净化技术。鉴于此,论文以密闭电石炉尾气中低浓度HCN为研究对象,模拟尾气中HCN浓度范围,开发出分子筛型和活性炭纤维(ACF)型系列低温吸附剂,研究了其吸附性能和对HCN的低温吸附净化机理。通过载体的选择实验、活性组分的筛选实验制备出分子筛型和ACF型吸附剂,讨论了制备条件和操作条件对吸附剂性能的影响,并进行了吸附剂的优化和再生；同时通过吸附剂的等温吸附实验得到其吸附等温线,并通过其计算得到等量吸附热、从而判定HCN在吸附剂上的吸附类型；然后通过TG、SEM/EDS、N2-BET、XRD、XPS对吸附HCN前后的吸附剂进行表征,探讨吸附剂在制备过程和吸附过程中结构的变化和失活机理。最后应用真实电石炉尾气对吸附剂的低温净化脱除HCN的性能进行了检验。研究结果表明,Zn(NO3)2可选择作为较优的改性剂制备用于脱除含高浓度CO气体中HCN的分子筛型吸附剂。21.34%的Zn为Zn/13X吸附剂的最佳负载量,15000h-1的空速、3%的氧含量、20℃的吸附温度为吸附HCN的最佳操作条件,Freundlich等温方程适用于该吸附剂吸附等温线的拟合,等量吸附热为29.71～62.71kJ/mol. ZnO是Zn/13X型吸附剂用于吸附脱除HCN的活性组分,吸附温度越高,气流中的CO在吸附剂表面越容易发生歧化分解积碳,HCN和积碳分解产生的CO2能与活性组分ZnO发生竞争化学吸附,吸附生成物ZnCO3、Zn(CN)2与歧化分解产物C共同堵塞、填充了吸附剂孔径为59.5A-133.8A的中孔,造成Zn/13X吸附剂失活。以ACF作为载体制备吸附剂时,Zn(NO3)2、Cu(NO3)2复合改性后的ACF型吸附剂对HCN可达到最佳的吸附效果。Zn(NO3)2、Cu(NO3)2改性剂浓度均为0.1mol/L、 Zn/Cu=5:1、焙烧时间为0.5h、焙烧温度为300℃时,Zn/Cu/ACF复合型吸附剂的制备性能达到最佳,20。C的吸附温度和2%的氧含量为吸附HCN试验时的最佳操作条件。Freundlich等温方程较适合于描述HCN在该吸附剂上的吸附过程,等量吸附热大小为43.99-67.54kJ/mol。改性液与ACF载体之间存在较强的相互作用,能使改性ACF吸附剂的热稳定性降低。ZnO和CuO为Zn/Cu/ACF型吸附剂用于吸附脱除HCN的主要活性组分,化学吸附后的产物Zn(CN)2和Cu(CN)2共同堵塞、填充了吸附剂孔径为24.2A～120A的中孔上的吸附活性位。失活的分子筛型和ACF型吸附剂的再生后,ACF型吸附剂的再生效率较高,平均再生效率可达80.2%。而两种类型的吸附剂均可进行多次再生使用。经过真实电石炉尾气净化的小试、中试实验,表明前期研究的活性炭型和现阶段研究的Zn/13X型吸附剂均能用于低温下尾气中HCN的净化脱除,而Zn/13X型吸附剂的净化效率较优。工业应用表明：活性炭型吸附剂的净化密闭电石炉尾气时,吸附剂使用寿命长,稳定性高,净化后尾气中杂质含量均低于0.5mg/m3。