Le charbon actif a une structure de pores très développée et une énorme surface spécifique, il a donc une forte adsorption, couplée à la surface du charbon actif contient plusieurs groupes fonctionnels contenant de l’oxygène, c’est donc un excellent adsorbant, catalyseur et porteur de catalyseur.
1.Principe de désulfuration du charbon actif
L’adsorption deActivéle carbone pour le SO2 comprend l’adsorption physique et l’adsorption chimique. Lorsqu’il n’y a pas de vapeur d’eau et d’oxygène dans les gaz de combustion, l’adsorption physique se produit principalement et la quantité d’adsorption est faible. Lorsque les gaz de combustion contiennent suffisamment de vapeur d’eau et d’oxygène, la désulfuration des gaz de combustion au charbon actif est un processus d’adsorption chimique et d’adsorption physique. L’adsorption physique se produit d’abord, puis l’oxydation catalytique du SO2 adsorbé à la surface du charbon actif en H2 SO4 en présence d’eau et d’oxygène.
2.Processus de réaction de désulfuration du charbon actif en présence de H2O
La désulfuration des gaz de combustion au charbon actif est différente des autres technologies de désulfuration des gaz de combustion. Il s’agit d’une technologie basée sur la théorie traditionnelle de l’adsorption microporeuse. Cependant, ce processus d’adsorption est très différent de la technologie industrielle commune de purification de l’eau par adsorption, car il implique un transfert de masse d’adsorption de matériaux multi-composants, de sorte que son processus d’adsorption est très complexe. En présence d’eau, près de la surface du charbon actif, de la surface, du trou, du grand pore et du micro trou, tous peuvent former de l’eau, de la vapeur, du SO2, du SO2-3, du SO2-4 et d’autres composants du mélange complexe, la présence de ces molécules, ou des ions et sa quantité, ou peuvent favoriser l’amélioration des performances de l’adsorption, ou peut être une capacité d’adsorption de charbon actif. La participation de H2O modifie fondamentalement le mécanisme de réaction du SO2 à la surface du carbone, et il existe de nombreuses hypothèses sur le processus de réaction. Lizzio, Mochida, Cazorla-Amoros et al. croyaient que le SO2 et l’O2 se disputent les sites actifs. Parmi les trois réactions d’oxydation possibles, seule la formule suivante peut être réalisée en douceur: C - SO2 + O2 + C - SO3 + C - O, c’est-à-dire que seul l’oxygène gazeux peut réagir avec le SO2 adsorbé.
Tamura croyait que les molécules de H2O, SO2 et O2 pouvaient être absorbées par le charbon actif. Tant qu’il y avait une distance suffisamment proche entre eux et une certaine configuration spatiale, ils pouvaient réagir directement les uns avec les autres et éventuellement générer du SO4 H2. Dans ce modèle théorique, l’équation d’oxydation est C -- SO2 +C -- O C -- SO3 +C.
Zawadzki et al. croyaient que la participation de H2O modifiait le mécanisme de réaction du SO2 à la surface du carbone et que la réaction d’oxydation ne pouvait pas être effectuée en l’absence de H2O. En présence de H2O, les groupes fonctionnels pyranone et les électrons π délocalisés à la surface du charbon actif réagissent avec les molécules H2O pour générer H2O2, qui peut oxyder LE H2 SO3 formé après la dissolution du SO2 dans l’eau en H2 SO4.
Nous pensons qu’en présence d’eau, le nombre de sites d’adsorption efficaces n’est pas déterminé par le volume et le nombre de micropores, et la théorie du remplissage des micropores ne convient pas à la désulfuration du charbon actif avec élution de l’eau, le mécanisme de Tamura et la théorie de Lizzio ne conviennent pas à cette technologie. L’analyse théorique de Zawadzki est une explication raisonnable. La surface du charbon actif doit suivre l’équation suivante : SO2 · H2O +H2O2 2H+ -- SO2-4 +H2O.
3.Principe de l’élimination de l’azote par le charbon actif
La technologie de dénitrification du charbon actif peut être divisée en méthode d’adsorption, méthode de réduction catalytique sélective nh3 et méthode de réduction du carbone chaud. La méthode d’adsorption utilise la structure microporeuse et les groupes fonctionnels du charbon actif pour adsorber les NOx, et oxyde le NO à faible réactivité en NO2 à haute réactivité. Sur le mécanisme d’adsorption du charbon actif NOx, il existe encore de grandes différences entre les chercheurs. La méthode de réduction catalytique sélective du NH3 utilise du charbon actif pour adsorber les NOx afin de réduire l’énergie d’activation de la réaction entre les NOx et le NH3 et d’améliorer le taux d’utilisation du NH3. La méthode de réduction du carbone chaud est l’utilisation de la réaction de carbone et de NOx à haute température pour générer du CO2 et du N2, l’avantage est qu’il n’y a pas besoin de catalyseur, le carbone solide est bon marché, source large, la chaleur générée par la réaction peut être recyclée. Cependant, des études cinétiques montrent que la réaction entre l’O2 et le carbone est plus précoce que celle entre les NOx et le carbone, de sorte que la présence d’O2 dans les gaz de combustion augmente la consommation de carbone.
Les résultats montrent que l’adsorption du SO2 sur le charbon actif est principalement une adsorption chimique, et l’efficacité de désulfuration est supérieure à 96% avec le mélange de SO2 de haute pureté, d’air et de vapeur d’eau pour simuler les gaz de combustion industriels réels. Le mélange de NOx, d’air et de vapeur d’eau de haute pureté est utilisé pour simuler les gaz de combustion industriels réels, et l’adsorption des NOx par le charbon actif comprend l’adsorption physique et l’adsorption chimique. En l’absence de gaz SO2 dans le flux gazeux, l’efficacité d’élimination de l’azote du charbon actif est supérieure à 75% lorsque le charbon actif atteint l’équilibre d’adsorption dynamique. Un mélange de SO2, de NOx, d’air et de vapeur d’eau de haute pureté a été utilisé pour simuler les gaz de combustion industriels réels. Lorsque le SO2 et les NOx étaient présents dans le flux de gaz, la capacité d’adsorption et le temps de saturation d’adsorption du charbon actif augmentaient, tandis que l’efficacité de désulfuration, la vitesse d’adsorption et la longueur de la bande d’adsorption changeaient peu. En raison du remplacement du NO par du SO2, la capacité d’adsorption des NOx et le temps d’équilibre d’adsorption dynamique du charbon actif diminuent fortement, l’efficacité d’élimination de l’azote est très faible, la longueur de la bande d’adsorption des NOx augmente et la vitesse d’adsorption diminue. Ni le SO2 ni les NOx n’occupent seuls le centre d’adsorption actif, mais coexistent dans le centre d’adsorption actif. Le charbon actif adsorbe préférentiellement le SO2 de manière sélective, et le NOx de l’adsorption physique est remplacé et résolu par le SO2. Les NOx chimisorbés peuvent favoriser l’adsorption du charbon actif sur le SO2. Dans le même temps, le SO2 peut également favoriser l’adsorption des NOx par le charbon actif.
