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西部地区发展有色金属冶金一方面具有资源和能源优势,另一方面又受到冶炼烟气污染环境和综合利用水平低的制约,矿热电炉冶炼废气富含一氧化碳,是一碳化工的优质原料,但其中的磷、硫、氰、砷等还原性杂质的存在限制了该气体作为一碳化工原料气的使用,也造成严重的大气污染。本文主要针对矿冶废气中的羰基硫(COS)的吸附脱除进行研究,开发了优质的吸附剂并探索吸附机理。实验主要进行了吸附剂载体,活性组分和反应操作条件筛选和优化,并借助N2-BET, SEM/EDS, XPS物化表征技术分析COS吸附净化机理,探讨了杂质气体(CS2, C4H4S, H2S, PH3)对COS吸附的影响,并对吸附剂进行热再生和溶剂再生研究。实验优选了活性氧化铝和煤质活性炭两种吸附剂载体,首先采用氢氧化钾改性的活性氧化铝进行羰基硫(COS)吸附研究,实验表明以5.0%氢氧化钾为活性组分改性的活性氧化铝能有效的提高COS吸附效率,在2.0%02180℃条件下,COS的吸附效率能持久保持在95%以上。通过N2-BET, SEM/EDS, XPS表征分析,表明活性组分已负载到吸附剂表面及孔径中,在吸附过程中COS发生了物理吸附和化学吸附,吸附柱出口有H2S产生,吸附剂上产物为SO32-和SO42-。其次对改性煤质炭吸附COS进行研究,活性组分Cu(OH)2CO3-CoPcS-KOH改性的活性炭吸附剂能有效的脱除COS气体,在氧含量1.0%02,反应温度60℃,反应湿度30%RH条件下,COS穿透吸附容量为33.23mg/g。通过N2-BET, SEM/EDS, XPS表征分析,活性组分Cu(OH)2CO3-CoPcS-KOH均匀的吸附在吸附剂表面和孔径中,羰基硫吸附过程中发生了物理吸附和化学吸附,吸附后吸附剂中硫含量显著增加,吸附反应产物主要为S042-。以上结果表明,Cu-Co-KW是一种优质的吸附剂,吸附后的气体能达到化工原料气的质量要求。为研究矿冶生产过程排放废气的实际情况,探索吸附剂的实际应用情况和问题,本文研究了杂质气体(CS2, C4H4S, H2S, PH3)对COS吸附的影响,实验结果表明,吸附剂Cu-Co-KW可以有效的吸附COS和CS2, C4H4S,H2S,PH3,但由于竞争吸附的存在,COS的穿透吸附容量有所降低。本文分别利用TPD热再生法和水蒸气冲洗再生法对吸附穿透后的吸附剂进行再生研究,并测试了再生后吸附剂的吸附性能,主要研究再生时间和温度对再生效果的影响。结果表明,TPD热再生法和水蒸气冲洗再生法都是有效的再生方法。TPD热再生法能有效脱除吸附剂表面的吸附质,再生后吸附剂能恢复大部分的性能。与热再生法相比,水蒸气再生的操作简单,比较经济。
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