cuo/al2o3脱硫反应单颗粒模型化研究

第３６卷第６期 ２（）（）８年１２月 燃料化学学报 Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｆｕｅｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０１．３６ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２００８ 文章编号：０２５３－２４（）９（２０（）８）０６－７５３聊 Ｃｕｏ／Ａ１２ ０３脱硫反应单颗粒模型化研究 贾哲华１’２，刘振宇１，赵有华１’２ （１．中国科学院ＩＩＩ两煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室。山西太原０３０００１；２．中国科学院研究生院，北京ｌＯ００３９） 摘要：针对氨再生Ｃｕ０／Ａｌ：０，脱硫反应只发牛在固体内外表面的Ｃｕ０上这一特性，在粒子模型基础上，建立了描述氨再生 ｃｕ０／ＡＩ：Ｏ，脱硫的单颗粒数学模型，并在热重分析仪上进行了Ｃｕ０／Ａｌ：Ｏ，颗粒脱硫反应动力学的研究，将反应过程中ＣｕＯ逐 步变为Ｃｕｓ（）。、孔隙，率逐渐减小及气相ｓ０：的有效扩散系数逐渐降低的现象用经验式Ｄ。＝ｄ（１一算）“表达，从而使结构变化对 反应的影响在颗粒模型中体现出来。模型预测与实验结果吻合良好。数值分析表明，孔扩散对ｃｕｏ／Ａｌ：Ｏ，颗粒脱硫反应进 程起重要作用，扩散活化能随反应的进行而增大。 关键词：ｃｕｏ／Ａｌ，０，；脱硫；单颗粒；模型 中图分类号：Ｘ５１１ 文献标识码：Ａ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｎｕｅ ｇａｓ Ｓ０２ ｒｅｍｏｖａｌ ｗｉｔｈ Ｃｕｏ／Ａ１２ ０３ ＪＩＡ Ｚｈｅ—ｈｕａｌ’－，ＬｌＵ Ｚｈｅｎ—ｙｕｌ，ＺＨＡＯ Ｙｏｕ—ｈｕａｌ? ２ （１．＆ｏ把研肠６０ｍ幻可。厂ｃ０Ⅱｆ ｃ０聊ｅ瑙面ｎ，风ｆ如“￡ｅ矿ｃｏｏＺ Ｃ船仇厶町，吼ｉ，榔ｅ Ａｃ础，Ⅳ旷＆曲，ｌｃ酷，死加以ｎ ３０００ｌ，吼打ｍ； ２．Ｇｒ蒯ｍ￡ｅ Ｓｃ‰Ｚ旷ｆｋ现ｉ麟ｅ ＡｃⅡ如啊旷＆据，螂，＆聊昭 １０００３９）） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓ０，ａｎｄ ｓｕｄ．ａｃｅ ＣｕＯ，ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ Ｓ０２ ｒｅｍｏＶａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｖｅｒ ａＮＨ３－ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ ＣｕＯ／Ａ１２ ０３ ｐｅｌｌｅｔ． Ｓ０２ ｒｅｍｏｖａｌ ｆ而ｍ ｎｕｅ ｇａｓ ｏｖｅｒ ＣｕＯ／Ａ１２ ０３ ｐａｌｌｅｔｓ ｏｆ Ｖ撕ｏｕｓ ｓｉｚｅｓ ｗａｓ ｃａ玎ｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ａｔｈｅｍｏ—ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｚｅ¨ｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｐｏｒｏｓｉｔｙ， ａｎｄ ｔｏ Ｖａｌｉｄａｔｅ ｔｈｅ ｓｉｎ甜ｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍｏｄｅｌ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＣｕＯ ｗｉｔｈ Ｓ０２ ａｎｄ ０２ ｙｉｅｌｄｓ ＣｕＳ０４ ｔｈａｔ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ｉｎ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｚｅ ｔｈａｎ Ｃｕ０ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ａｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｇａｓ ｄｉｆｈｌｓｉＶｉｔｙ．Ｔｈｅ ｅｆ亿ｃｔｉＶｅ Ｓ０２ ｄｉｆ．ｆｕｓｉｖｉｔｙ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎ－ｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＣｕＯ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｂｙ Ｄ。＝ａ （１一石）“， ｗｈｉｃｈ ａｌｌｏｗｓ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ６ｔ ｔｈｅ ｅｘｐｅ“ｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｂｅｔｔｅｒ．】Ⅵａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｐａｎｉｃｌｅ ｍｏｄｅｌ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｄｉｆｈｓｉｏｎ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓ０２ ｒｅｍｏｖａｌ ｏＶｅｒ ＣｕＯ／Ａ１２ ０３ ｐａｌｌｅｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｉＶａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｐｏｒｅ ｄｉｆｍｓｉｖｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｇｏｉｎｇ ｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣｕＯ／Ａ１２ ０３；Ｓ０２；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｄｉｆｈｓｉｏｎ Ｃｕ０／Ａｌ，Ｏ，是一种优良的干法同时脱硫脱硝吸 附一催化剂，与湿法脱硫技术相比，具有省水、可同时 脱硫脱硝、不产生二次污染物并可同温再生及硫资 源化等优势。文献研究¨。１表明，将此吸附一催化剂 应用于固定床、径向移动床、流化床等多种反应装置 上均具有可靠性和可操作性，但该技术迄今尚未实 现工业应用，重要的原因之一是其反应过程动力学 研究缺乏。 文献研究№１表明，脱硝反应比脱硫反应快得 多，在ｃｕＯ／Ａｌ，Ｏ，同时脱硫脱硝反应器设计中起主 要作用的是脱硫反应。在有Ｏ：、３００℃以上条件下， ｃｕｏ／Ａｌ：ｏ，具有较高的脱硫活性。反应过程中，ｓＯ： 分子先吸附于其表面的晶格氧上，然后被邻近的氧 化态Ｃｕ位催化氧化为ＳＯ，，进而生成表面ＣｕＳＯ。 （在某砦条件下也可能有Ａｌ：（ＳＯ。），的生成），在 ４５０℃以下，Ｃｕ０／ｍ：Ｏ，的脱硫反应为表面反应，体 相Ａｌ：Ｏ，不发生硫化一’８ Ｊ。脱硫过程生成的ＣｕＳ０。 可被ｃＨ。、Ｈ：、ＮＨ，等还原性气体还原为ｃｕＯ，并释 放出浓的Ｓ０，。 已有的ＣｕＯ／Ａｌ：Ｏ，脱硫反应微观动力学研究 表明，Ｓ０２的吸附可用ｈｎｇｍｕｉｒ－Ｈｉｎｓｈｅｌｗｏｏｄ模型描 述，化学反应可由表面覆盖模型表达隋’９］。其中，脱 硫过程中Ｏ：浓度的变化不影响其反应速率。上述 研究可较好地描述小颗粒ｃｕＯ／Ａｌ：０，的反应，但从 工业应用角度看，无论是在固定床还是移动床反应 器中 ，为使烟气压降保持在一个较低的水平、减少固 体颗粒的磨损，Ｃｕ０／Ａｌ：０，颗粒需有较大的尺寸。 ｃｅｎｔｉ等∞１用粒子模型描述了新鲜ｃｕＯ／Ａｌ：０３与 Ｓ０：反应生成ＣｕＳ０４和Ａ１２（Ｓ０４）３的行为，而工业 水平的脱硫过程需要经历多次的脱硫（ｓＯ：吸附）一 再生（ＳＯ：脱附）循环，再生后的ＣｕＯ／Ａｌ：Ｏ，与新鲜 收稿日期：２００８．０４一ｌｌ；修回日期：２００８旬７．２６。 基金项目：国家自然科学基会（９０２１００３４）。 作者简介：贾哲华（１９７７? ），女，ＩＩＩ两运城人，博士研究生，从事环境催化的研究。Ｅ—ｍ积：ｚｈｈｊｉａ＠ｙａＩｌｏｏ．ｏ∞．ｃｎ。
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