镁质消石灰高温干法脱硫反应机理及增效技术
何学富1
樊向黎1
由长福2
王海名2
金燕1
1.太原理工大学电气与动力工程学院,山西 太原 0300242.清华大学能源与动力工程系,北京 100084;清华大学山西清洁能源研究院,山西 太原 030032
摘要：石灰石资源的不可再生性导致优质石灰石逐渐稀缺,开发以低品位镁质石灰石为生产原料的钙基脱硫剂对于高污染行业控制SO2 排放具有重要意义.以镁质消石灰为研究对象,利用固定床脱硫试验系统,结合XRD(X-Ray Diffraction)表征技术,探究了镁质消石灰在高温条件下的干法脱硫性能,以及Mg物相对Ca(OH)2 晶体结构的影响.采用等效粒子模型,通过反应动力学方法研究了Ca(OH)2 晶体结构对脱硫反应表面化学反应阶段和扩散控制阶段的影响作用,明确了制约镁质消石灰脱硫反应的关键步骤.基于密度泛函理论(DFT),研究了SO2 在洁净和Mg掺杂Ca(OH)2 表面上的吸附行为和硫化反应,并探究了Ca2+在 2种晶格体系中的扩散行为.研究结果表明,Mg2+通过取代Ca2+对消石灰中Ca(OH)2 晶体结构产生影响,Ca(OH)2 晶体结构是造成镁质消石灰脱硫性能发生改变的主要原因.表面氧原子是Ca(OH)2 吸附SO2 的活性位点,Mg2+取代Ca2+加强了表面基底对SO2 的吸附作用,硫化反应能垒从 1.40 eV降至 1.11 eV,因此对脱硫反应表面化学反应阶段起促进作用;同时也增强了Ca(OH)2 晶体内部Ca2+和OH-的键合作用,Ca2+扩散能垒从 0.98 eV增至 1.55 eV,不利于晶体内部的离子扩散,因此对扩散控制阶段存在抑制作用.NaOH的掺量为 5%时,Ca(OH)2 的晶格畸变度达到最大,硫化物容量达到了 98.42 mg/g,提高了约 42.92%.Na+掺入Ca(OH)2 晶格能够削弱Ca—O的键合作用,Ca2+扩散能垒降至 1.26 eV,可以促进晶体内部固态离子迁移,显著提高镁质消石灰的脱硫性能.
关键词：镁质消石灰脱硫晶体结构反应动力学密度泛函理论增效
分类号：X51(大气污染及其防治)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFB4100302)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 4840-4851 )
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