Aktivni ugljen ima visoko razvijenu strukturu pora i veliku specifičnu površinu, tako da ima jaku adsorpciju, zajedno s površinom aktivnog ugljena sadrži više funkcionalnih skupina koje sadrže kisik, pa je izvrstan adsorbens, katalizator i nosač katalizatora.
1.Načelo desulfurizacije aktivnog ugljena
Adsorpcijaaktiviranugljik za SO2 uključuje fizičku adsorpciju i kemijsku adsorpciju. Kada u dimnom plinu nema vodene pare i kisika, uglavnom dolazi do fizičke adsorpcije, a količina adsorpcije je mala. Kada dimni plin sadrži dovoljno vodene pare i kisika, desulfurizacija dimnih plinova s aktivnim ugljenom proces je kemijske adsorpcije i fizičke adsorpcije. Prvo dolazi do fizičke adsorpcije, a zatim katalitičke oksidacije SO2 adsorbirane na površini aktivnog ugljena na H2 SO4 u prisutnosti vode i kisika.
2.Proces reakcije desulfurizacije aktivnog ugljena u prisutnosti H2O
Odsumporavanje dimnih plinova s aktivnim ugljenom razlikuje se od ostalih tehnologija odsumporavanja dimnih plinova. To je tehnologija koja se temelji na tradicionalnoj teoriji mikroporozne adsorpcije. Međutim, ovaj proces adsorpcije vrlo se razlikuje od uobičajene tehnologije industrijskog adsorpcijskog pročišćavanja vode, jer uključuje višestruki prijenos adsorpcijske mase materijala, tako da je njegov proces adsorpcije vrlo složen. U prisutnosti vode, u blizini površine aktivnog ugljena, površine, rupe, velikih pora i mikro rupa, sve može formirati vodu, paru, SO2, SO2-3, SO2-4 i druge komponente složene smjese, prisutnost tih molekula, ili ione i njegovu količinu, ili može promicati poboljšanje performansi adsorpcije, ili se može aktivirati sposobnost adsorpcije s aktivnim ugljenom. Sudjelovanje H2O iz temelja mijenja reakcijski mehanizam SO2 na površini ugljika, a postoje mnoge hipoteze o procesu reakcije. Lizzio, Mochida, Cazorla-Amoros i dr. vjerovali su da se SO2 i O2 natječu za aktivna mjesta. Među tri moguće oksidacijske reakcije, samo se sljedeća formula može provesti glatko: C -- SO2 +O2 +C -- SO3 +C -- O, to jest, samo plinoviti kisik može reagirati s adsorbinim SO2.
Tamura je vjerovala da se molekule H2O, SO2 i O2 mogu apsorbirati aktivnim ugljenom. Sve dok postoji dovoljno blizu udaljenosti između njih i određene prostorne konfiguracije, mogli su izravno reagirati jedni s drugima i na kraju generirati H2 SO4. U ovom teorijskom modelu, oksidacijska jednadžba je C -- SO2 +C -- O C -- SO3 +C.
Zawadzki i sur. vjerovali su da je sudjelovanje H2O promijenilo reakcijski mehanizam SO2 na površini ugljika, a reakcija oksidacije nije se mogla provesti u odsutnosti H2O. U prisutnosti H2O, piranonske funkcionalne skupine i delokalizirani π elektroni na površini aktivnog ugljena reagiraju s H2O molekulama za generiranje H2O2, što može oksidirati H2 SO3 nastal nakon što se SO2 otopi u vodi na H2 SO4.
Vjerujemo da u prisutnosti vode broj učinkovitih adsorpcijskih mjesta nije određen volumenom i brojem mikropora, a teorija punjenja mikropora nije prikladna za desulfurizaciju aktivnog ugljena s elucijom vode, Mehanizam tamure i Teorija Lizzija nisu prikladni za ovu tehnologiju. Zawadzkijeva teorijska analiza je razumno objašnjenje. Površina aktivnog ugljena treba slijediti sljedeću jednadžbu: SO2 · H2O +H2O2 2H+ -- SO2-4 +H2O.
3.Načelo uklanjanja dušika aktivnim ugljenom
Tehnologija denitrifikacije aktivnog ugljena može se podijeliti na adsorpcijsku metodu, NH3 selektivnu metodu katalitičke redukcije i metodu smanjenja vrućeg ugljena. Metoda adsorpcije koristi mikroporoznu strukturu i funkcionalne skupine aktivnog ugljena za adsorb NOx i oksidira NE s niskom reaktivnošću na NO2 s visokom reaktivnošću. Na mehanizmu adsorpcije s aktivnim ugljenom NOx još uvijek postoje velike razlike između istraživača. NH3 selektivna metoda katalitičke redukcije koristi aktivni ugljen za adsorb NOx kako bi se smanjila aktivacijska energija reakcije između NOx i NH3 i poboljšala stopa iskorištenosti NH3. Metoda smanjenja vrućeg ugljika je uporaba reakcije ugljika i NOx na visokoj temperaturi za stvaranje CO2 i N2, prednost je u tome što nema potrebe za katalizatorom, kruti ugljik je jeftin, širok izvor, toplina koju generira reakcija može se reciklirati. Međutim, kinetičke studije pokazuju da je reakcija između O2 i ugljika ranija od reakcije između NOx i ugljika, tako da prisutnost O2 u dimnim plinovima povećava potrošnju ugljika.
Rezultati pokazuju da je adsorpcija SO2 na aktivni ugljen uglavnom kemijska adsorpcija, a učinkovitost desulfurizacije je više od 96% s mješavinom SO2 visoke čistoće, zračne i vodene pare za simulaciju stvarnog industrijskog dimnog plina. Mješavina NOx visoke čistoće, zraka i vodene pare koristi se za simulaciju stvarnog industrijskog dimnog plina, a adsorpcija NOx aktivnim ugljenom uključuje fizičku adsorpciju i kemijsku adsorpciju. Pod uvjetom da nema SO2 plina u protoku plina, učinkovitost uklanjanja dušika aktivnog ugljena veća je od 75% kada aktivni ugljen dosegne dinamičku ravnotežu adsorpcije. Za simulaciju stvarnog industrijskog dimnog plina korištena je mješavina SO2, NOx, zračne i vodene pare visoke čistoće. Kada su SO2 i NOx bili prisutni u protoku plina, kapacitet adsorpcije i vrijeme zasićenja adsorpcije aktivnog ugljena povećali su se, dok su se učinkovitost desulfurizacije, brzina adsorpcije i duljina adsorpcijskog pojasa malo promijenili. Zbog zamjene NO-a SO2, kapacitet adsorpcije NOx i dinamično vrijeme ravnoteže adsorpcije aktivnog ugljena naglo se smanjuju, učinkovitost uklanjanja dušika je vrlo niska, duljina NOx adsorpcijskog pojasa se povećava, a brzina adsorpcije se smanjuje. Ni SO2 ni NOx ne zauzimaju aktivni adsorpcijski centar sami, već koegzistiraju u aktivnom adsorpcijskom centru. Aktivni ugljen preferencijalno adsorbira SO2 selektivno, a NOx fizičke adsorpcije zamjenjuje i rješava SO2. Chemisorbed NOx može promovirati adsorpciju aktivnog ugljena na SO2. U isto vrijeme, SO2 također može promovirati adsorpciju NOx aktivnim ugljenom.
