脱硫反应过程动力学研究.doc

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1、摘要CuO/Al2O3脱硫反应过程动力学研究摘要脱除燃煤排放烟气中的SO2及NOx是环保领域所面临的一项日益严峻的课题。CuO/Al2O3具有高的脱硫脱硝活性，并可在NH3气氛下实现有效同温再生及硫资源化，是一种效率高，具有应用前景的干法烟气脱硫脱硝吸附-催化剂。要实现工业水平的脱除，则要求对其进行反应动力学研究及过程模拟，从反应器层面达到对CuO/Al2O3脱硫脱硝反应过程的优化，到目前为止，这方面的研究很少涉及，这也是该工艺迄今未能实现工业化的原因之一。本工作以脱硫反应为重点，充分考虑CuO/Al2O3结构

2、的特殊性及由此带来的与非催化气固反应和多相催化反应的不同，对CuO/Al2O3脱硫反应进行了由微小颗粒到工业应用的大颗粒、再到固定床反应器级的系统的过程动力学研究，建立了能够较为准确的描述CuO/Al2O3脱硫反应行为的不同层次的动力学模型，并在此基础上对模型在同时脱硫脱硝过程中的适用性进行了考察。围绕上述框架，本工作主要着力于以下几个方面的研究：1．CuO/Al2O3脱除烟气中SO2的微观反应动力学研究应用一表面覆盖模型来描述其脱硫微观反应，该模型在表面化学反应为速率控制步骤的前提下提出，并考虑了SO2吸附及

3、表面活性相CuO的消耗对反应的影响。由于Al2(SO4)3在400oC下不能被NH3再生，导致再生样与新鲜样的表面脱硫反应行为的不同，通过一个表示活性表面分率对脱硫影响程度的特殊参数值的变化，可将两者的差异在模型中体现出来。不同于已有的只适用于新鲜CuO/Al2O3脱硫反应的机理模型，该模型使新鲜样与再生样的脱硫反应动力学得到了统一的表达。2．H2O和O2对CuO/Al2O3脱硫反应的影响及动力学分析研究表明，有氧条件下H2O对脱硫反应的影响大于无氧条件下H2O的影响。有氧条件下，随着H2O浓度由低到高，其对脱

4、硫反应的影响表现出区间性。烟气中H2O浓度小于5％时，H2O的存在对CuO/Al2O3脱硫反应有促进作用，适用于无水条件下的表面覆盖模型（表面化学反应为控制步骤）能够很好的描述H2O浓度低于113摘要5％时的脱硫微观反应；而H2O浓度达到10％时，H2O对脱硫反应起抑制作用，以SO2吸附为控制步骤的非理想表面吸附模型对此浓度下的脱硫反应的拟合结果良好。表明随着H2O浓度由低向高变化，CuO/Al2O3的表面脱SO2反应控制步骤发生了转移。3．CuO/Al2O3脱硫反应单颗粒模型化研究针对CuO/Al2O3的担载

5、型结构及由此带来的脱硫反应的特殊性，以粒子模型为基础，对CuO/Al2O3颗粒脱硫反应进程中的孔结构变化进行了分析，以一个随固相转化率变化的经验式代替在常规气固反应模型中被视为常数的有效扩散系数，首次将反应中孔隙变化对反应的影响考虑进去，结合微观动力学研究结果，建立了一个专门用来描述单颗粒CuO/Al2O3脱硫反应的模型。利用模型对实验数据的分析表明，CuO/Al2O3颗粒脱硫反应中，孔扩散占有主导地位，改善颗粒内气体反应物的扩散限制将有利于提高CuO/Al2O3脱硫效率。4．CuO/Al2O3脱硫固定床模型的

6、建立与模拟分析在单颗粒动力学的基础上，对CuO/Al2O3固定床脱硫行为的动力学规律进行了研究。将颗粒反应与固定床反应行为耦合，建立了脱硫固定床床层动力学模型，采用Simpson定理和Runge-Kutta方法进行求解得到了固定床反应器内反应固体及气体浓度的变化规律，并且对穿透时间及穿透曲线进行了预测，通过对不同反应条件（浓度、流速、及反应管长度等）下的反应过程的模拟对比，验证了模型的有效性；并对建立的床层模型在同时脱硫脱硝过程中的适用性进行了验证。关键词：烟气，脱硫，CuO/Al2O3，动力学，模型，单颗粒，

7、固定床113摘要KineticsStudyoftheDesufurizationProcessoverCuO/Al2O3Sorbent-CatalystsZhehuaJia(ChemicalTechnology)Directedby:Prof.ZhenyuLiuProf.JichengBiABSTRACTReductioninSOxandNOxemissionsfromcombustionisanincreasinglystringentenvironmentalissue.CuO/Al2O3hasbeenfo

8、undpromisingforsimultaneousSO2andNOxremovalunderdryconditionsbecauseithashighefficiencyinSO2captureandinselectivecatalyticreduction(SCR)ofNO,andthesulfatedcatalystscanbeinNH3atthereactiontempera