测定脱硫脱硝活性炭吸水率的方法及其用途与流程

本发明涉及脱硫脱硝活性炭领域，尤其涉及一种测定脱硫脱硝活性炭吸水率的方法及其用途。
背景技术：
：活性炭是一种具有发达孔隙结构和巨大比表面积的炭基吸附材料，活性炭吸水率表征活性炭孔隙发达程度。目前，测定活性炭吸水率的方法通常先利用振筛机去除活性炭物料自身含有的灰分，然后将活性炭烘干去除其自身孔隙中含有的水分，测量其质量(该质量为取样时的称量质量)。随后再将其置于水中煮沸使其充分吸水，吸水后将活性炭取出。由于从水中取出后活性炭表面会附着有一部分水分，因此需将这些附着在活性炭表面的水分去除以提高测定精度。现有技术中利用抽滤法来去除活性炭表面附着的水分，并测量质量，然后利用该质量与活性炭吸水前的质量计算得到吸水率的质量分数(即吸水率)。综上所述，现有技术中利用的是吸水前对活性炭称量的质量和吸水后的质量来计算吸水率。因此，为了保证称量精度，需要在实验最开始设置振筛工序，以去除活性炭物料本身的灰分带来的干扰。然而，现有技术的方法步骤，并未考虑到煮沸时活性炭也会脱落形成新的灰分，因此将去灰步骤设置在吸水前并不能去除煮沸时脱落的灰分，而吸水后的活性炭也无法再用振筛机来完成去灰，并且由于掉灰的原因吸水后称量的质量也并不准确。此外，现有技术中的抽滤法利用漏斗、滤纸和抽滤瓶来完成，可想而知，活性炭位于漏斗内部时会产生一定厚度，因此位于上层的活性炭可能抽滤不充分导致附着在活性炭表面的水分未完全去除，而位于下层的活性炭又会出现过抽导致活性炭孔隙中吸附的部分水分被去除，会严重影响实验准确性和精度。并且，现有技术中测定活性炭的吸水率的方法针对煤质颗粒活性炭。因此，而对于吸水率较小、颗粒直径较大的活性炭，例如直径7-10mm的柱状脱硫脱硝活性炭，现有技术中测定活性炭吸水率的方法中的例如取样量、煮沸时间等参数无法直接应用，否则吸水率测量会出现较大偏差。技术实现要素：本发明的目的在于改进现有技术的测定方法，并提供一种实验精度及准确性更高的测定脱硫脱硝活性炭吸水率的方法及其用途。为实现上述发明目的，根据本发明提供一种测定脱硫脱硝活性炭吸水率的方法及其用途，方法包括以下步骤：a.取脱硫脱硝活性炭并使其吸收水分至饱和；b.对吸水后的脱硫脱硝活性炭进行水洗；c.去除附着在脱硫脱硝活性炭表面的水后测得脱硫脱硝活性炭质量记为m1；d.去除脱硫脱硝活性炭孔隙中的水后再次测得脱硫脱硝活性炭质量记为m2；e.利用以下公式计算得出脱硫脱硝活性炭的吸水率x：x＝[(m1－m2)/m2]*100％。根据本发明的一个方面，在所述步骤a中，利用搅拌煮沸法使脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和。根据本发明的一个方面，所述搅拌煮沸法包括以下步骤：g1.将脱硫脱硝活性炭置于第一容器中加入蒸馏水至浸没其中的脱硫脱硝活性炭；g2.加热煮沸同时搅拌至所述脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和，冷却至室温。根据本发明的一个方面，在所述步骤g2中，搅拌沸腾时间持续至少3min。根据本发明的一个方面，在所述步骤g2中，搅拌沸腾期间保持所述第一容器中的蒸馏水至浸没其中的脱硫脱硝活性炭。根据本发明的一个方面，所述第一容器为耐热容器。根据本发明的一个方面，在所述步骤a中，利用负压抽真空法使脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和。根据本发明的一个方面，所述负压抽真空法包括以下步骤：h1.将所述脱硫脱硝活性炭置于第一容器中并对所述第一容器抽真空；h2.向第一容器中加入蒸馏水至浸没脱硫脱硝活性炭；h3.保持对第一容器的抽真空，至所述脱硫脱硝活性炭吸收水分至饱和，泄压至常压。根据本发明的一个方面，在所述步骤h1中，对所述第一容器抽真空至真空度大于0.05mpa或者绝对压力小于0.05mpa，恒压至少保持10min。根据本发明的一个方面，在所述步骤h2中，加入蒸馏水的过程至少为2min。根据本发明的一个方面，在所述步骤h3中，保持对所述第一容器的抽真空至少20min。根据本发明的一个方面，所述第一容器为盛样杯。根据本发明的一个方面，对所述第一容器抽真空的抽真空装置包括第二容器，所述第二容器能够耐负压、可自由开闭、至少具有两个开孔且具有观察孔；所述第一容器位于所述第二容器中。根据本发明的一个方面，在所述步骤b中，将脱硫脱硝活性炭取出后置于第三容器中，利用流动的蒸馏水对脱硫脱硝活性炭进行清洗，直至清洗后的水洁净为止。根据本发明的一个方面，在所述步骤c中，将水洗后的脱硫脱硝活性炭置于吸水介质上，用吸水介质将其表面水分吸干。根据本发明的一个方面，所述吸水介质为吸水纸、吸水巾或吸水织物。根据本发明的一个方面，在所述步骤d中，利用烘干设备对脱硫脱硝活性炭烘干，以去除脱硫脱硝活性炭孔隙中的水分。根据本发明的一个方面，所述烘干温度至少为105±5℃，烘干时间至少2个小时。根据本发明的一个方面，测定脱硫脱硝活性炭吸水率的方法用于检测或鉴别脱硫脱硝活性炭再生效果或失活情况。根据本发明的一个方面，测定脱硫脱硝活性炭吸水率的方法用于现场调试脱硫塔运行参数。根据本发明的构思，考虑到煮沸工艺中会使得活性炭脱落一些残渣或颗粒物(即浮灰)。因此本发明在活性炭吸水饱和之后，再来进行去灰步骤。而后续也不会再有会使活性炭上的物质脱落的工艺步骤，因此不会再造成活性炭的质量变化，一次去灰既除去了活性炭试样表面吸附的粉尘(即一次灰)，又能除去由于吸水步骤中利用的搅拌煮沸法使得活性炭表面脱落的浮灰(即二次灰)，进而降低了实验过程误差，提高了实验准确性和精度。而本发明的去灰步骤为利用流动的水对活性炭进行水洗，相对于振筛机的振筛，对活性炭的冲击也较小，可以减少测定吸水率的实验本身对活性炭造成的损坏。根据本发明的一个方案，在活性炭吸水步骤中，水分不但被吸入活性炭之中，同时还会留存在活性炭的表面。因此为了消除留存在活性炭表面的水分对后续计算吸水率产生的不利影响，本发明还设置了去除活性炭表面水分的步骤。为了消除现有技术中利用抽滤法带来的吸水活性炭的上层因抽滤不充分而滞留表面吸附水、而下层活性炭因过度抽滤而丧失部分孔隙水所带来的吸附水分测量不真实，导致最终的吸水率计算值出现偏差甚至错误等种种缺陷，本发明利用吸水介质直接将活性炭表面水分吸干，如此，可以充分去除活性炭表面的水分，而不会吸出活性炭孔隙中的水分，从而提高实验准确性和精度。根据本发明的一个方案，在活性炭吸水的过程中，可以利用搅拌煮沸法使活性炭充分的吸收水分。在沸腾期间向烧杯中间隔注水，可以避免水被烧干。并且在煮沸期间同时进行搅拌，这样与现有技术单纯利用煮沸的方式可以使活性炭试样吸水更充分，吸水用时更短。根据本发明的一个方案，在活性炭吸水的过程中，可以利用负压抽真空的方式使活性炭充分的吸收水分。负压抽真空法并未使用明火，可以消除实验中使用明火带来的安全风险。附图说明图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的测定脱硫脱硝活性炭吸水率的方法的流程图；图2是示意性表示用于实施本发明的测定脱硫脱硝活性炭吸水率的方法的抽真空装置示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。本发明的测定脱硫脱硝活性炭的吸水率的方法所针对的脱硫脱硝活性炭在制备时，其制备方法为本领域技术人员熟知的方法，且不是本发明的保护重点，因此以下仅给出本发明的方法所适用的脱硫脱硝活性炭的原料配比及工艺参数。其中原料配比为：弱粘煤：肥煤：兰炭＝20％-30％:20％-30％:40-60％。其制备工艺的炭化温度为600-700℃，炭化时间1h，活化温度900-950℃，活化时间10min。其中利用的粘结剂为煤焦油。参照图1示出的本发明的测定脱硫脱硝活性炭的吸水率的方法的流程图，首先，取一部分脱硫脱硝活性炭作为样品，取样时可以按照质量取样也可按照体积取样。按照质量的取样标准在15至45g之间，按照体积取25至75ml之间。本实施方式中，取样量为30g，接下来需使活性炭吸水，为了使活性炭吸水充分直至饱和，可以采用两种方式，第一种为搅拌煮沸的方式。在采用搅拌煮沸的方式时，将所取得的试样放入第一容器中。在采用本方式时，第一容器需为耐热容器，优选第一容器为烧杯。烧杯容积在250至500ml之间。随后向烧杯中注入100至400ml的蒸馏水，直至浸没活性炭并记录此时液面高度，本实施方式中，加水量为100ml。需要同时对蒸馏水和活性炭试样加热，直至煮沸。在加热的过程中，不断地搅拌。具体可以将烧杯置于电加热炉上，并通过支架固定，然后将搅拌器的搅拌桨置于水中，开始搅拌，搅拌桨的转速为100-300r/min，同时利用电加热炉将水煮沸，本实施方式中，搅拌桨转速为120r/min。在搅拌煮沸期间，为了避免水被煮干，需不断补充蒸馏水，即每隔3min就向烧杯中注水，以使烧杯中的液面始终浸没活性炭试样。当煮沸至少3min后(本实施方式中，煮沸时间为5min)，停止加热和搅拌，使活性炭冷却至室温，冷却时间控制在15-20min之间，此时视为活性炭已经吸水饱和。冷却时间可根据实际需求确定，但必须保持每份试样的冷却时间一致。另一种使活性炭充分吸水的方式为负压抽真空的方式，该方式不会利用明火，因此安全系数更高，消除了爆炸、失火等安全隐患。在采用抽真空的方式时，参照图2示出的用于本发明的抽真空装置，该抽真空装置中，包含一个能够耐负压的、可自由开闭的、且带有透明的观察孔的、并且具有至少两个开孔的第二容器5。可自由开闭是指具有一个可开启和关闭的门或盖，以便能够取放第一容器8，且能够在关闭后形成密封。按照上述功能，本实施方式选用抽滤瓶作为第二容器5。抽真空法的第一步为将取出的试样放入第一容器8中，在本实施方式中，第一容器8为盛样杯。随后将盛样杯通过第二容器5盖体上端的开孔置于抽滤瓶内并盖好盖体，关闭通水阀7、泄压阀6，打开真空泵2，调节调节阀4抽真空至压力表1测得抽滤瓶内的真空度大于0.05mpa(或者绝对压力小于0.05mpa)(本实施方式的真空度为0.09mpa(绝对压力为0.01mpa))，保持恒压至少10min以上，本实施方式为20min。这一负压过程的目的在于将活性炭孔隙内的空气排出，以便后续活性炭的充分吸水。为了防止倒吸，本发明在调节阀4与真空泵2之间设置了安全瓶3。随后打开通水阀7，由于负压的作用，量水器9中的蒸馏水会向盛样杯内缓慢注入，直至试样完全浸没后停止注水。由于注水过快会导致活性炭中的小孔隙不能充分吸水，因此这一注水过程越慢越好。而在保证效率的前提下，注水过程最快也应保证至少2min，本实施方式的注水时间为2min，注水量为100ml。注水完成后关闭通水阀7，然后在真空下再保持至少20min，本实施方式保持30min。由于活性炭处于真空环境下，因此大气压可以将水压入活性炭的孔隙中，从而使活性炭试样吸水至饱和。最后关闭真空泵2，打开泄压阀6泄压至常压，然后将盛样杯取出，再将吸水后的活性炭取出。由上述可知，本实施方式的抽滤瓶的盖体上设置了三个开孔，分别连接抽真空管路、进水管路以及泄压管路。而实际上，如果抽滤瓶的盖体上空间有限，泄压阀设置在抽真空管路或进水管路上均可，无需再额外开设安装泄压管路的开孔，而仅开设两个开孔即可。由于煮沸的过程会使活性炭表面的部分灰分脱落，因此在活性炭冷却至室温后需要对活性炭进行水洗去灰。在本实施方式中，在第三容器中注入100-400ml的蒸馏水，随后用搅拌棒搅拌大约8-20圈。搅拌完成后将水倒掉，至此完成一遍水洗。此处第三容器为烧杯，若利用搅拌煮沸法时，可以直接利用煮沸用的烧杯，也可更换新的烧杯。重复上述步骤直至目测清洗后的水中无残留物为止，至少水洗三遍。根据本发明，按上述方式水洗三遍后的清洗水中基本没有其他残留物，因此从节约实验时间和成本的角度，水洗三遍基本可以使得活性炭达到后续实验标准，无需再进行额外的水洗。现有技术中的去灰工序通常仅在取样前利用振筛机振筛除灰，而未考虑煮沸后也会产生浮灰。而本发明的水洗步骤，可一次性去除活性炭试样表面吸附的粉尘(一次灰)以及煮沸时产生的浮灰(二次灰)，因此后续测量的质量均未受到灰尘的干扰，从而提高了实验准确性和精度，还省去了取样前用振筛机的筛选去灰工序。然而，虽然抽真空的方式并不会如煮沸那样，造成严重的灰分脱落现象，但本发明在抽真空之后依然使用上述水洗方法，从而可以省去振筛机筛选的步骤，以达到节约成本和提高效率的目的。而水洗的方式也可不采用本实施方式中的利用搅拌棒搅拌的方式，因为利用搅拌棒搅拌蒸馏水目的是为了让水流动，因此也可以直接用流动水冲洗，直至冲洗后的水洁净为止(同样目测即可)。用蒸馏水水洗去灰后，应去除附着在活性炭表面的水，以保证测量的吸水率的准确性。目前的现有技术中，测量活性炭吸水率的实验一般在漏斗中放置吸水纸，然后将活性炭倒进漏斗，最后将漏斗咀部置于抽滤瓶中抽滤。很显然，活性炭在漏斗中会形成一定厚度，而抽滤瓶从底部抽滤无法涉及到位于上层的活性炭，导致上层抽滤压力不足，因此上层活性炭表面水分去除不充分；而底部的活性炭的抽滤压力过大，会出现过抽，即活性炭孔隙中的水分也会被抽出，导致最终计算的吸水率不准确。而本发明中，直接将活性炭置于吸水介质上，该吸水介质可以为吸水纸、吸水巾或者吸水织物，本实施方式利用的是吸水纸。将活性炭置于吸水纸上后，应将活性炭试样铺平，然后直接用吸水纸吸去活性炭表面的水分，如此不存在活性炭内部水分被去除或表面水分去除不充分的情况，能保证吸水率的测定更加准确。用吸水纸吸除活性炭表面的水分之后，测量活性炭的质量，记为m1。随后应去除活性炭孔隙中所有的水分，本实施方式利用烘干设备对活性炭进行烘干，来实现这一目的。烘干设备为烘箱，烘干温度至少为105±5℃(本实施方式中，烘干温度为150±5℃)，烘干时间至少2h(本实施方式为2h)。当然，仅就去除活性炭孔隙中的水分这一目的而言，任何采用加热蒸发的原理除水的方法或设备均可应用于本发明。按照上述方法烘干后再次测量活性炭的质量，记为m2。以上称量质量均应精确至0.01g。重复以上步骤可再做一份试样。由此，经过上述操作，得到了m1和m2两个数据。随后可利用这两个数据计算出活性炭的吸水率x。计算公式为：x＝[(m1－m2)/m2]*100％。综上所述，本发明测定吸水率(吸水率)的方法步骤中将水洗步骤向后挪移至活性炭吸水之后，可一次性去除活性炭本身含有的灰分以及吸水时脱落的浮灰，既提高了实验精度，又省去了振筛步骤，从而提高了实验效率。而本发明中的各个参数的设置也使得本发明的方法得以应用于测定柱状φ7-10mm的脱硫脱硝活性炭的吸水率。以下将具体描述本发明相对于现有技术的改良过程。首先，传统测定方法中的取样量以及煮沸时间无法应用于柱状φ7-10mm脱硫脱硝活性炭。因此本发明先对这些参数进行了改良，但最初未改变传统的测定步骤。传统煮沸法的工艺参数为：取样量25ml、加水量100ml、煮沸时间15min、利用抽滤法去除活性炭表面水分时的抽滤时间5min、抽滤压力8kpa。而上述参数仅针对于煤质颗粒活性炭，因此取样量为25ml时，针对于柱状φ7-10mm的脱硫脱硝活性炭的样品量太少，因此计算出的吸水率的偏差过大。针对这一点，改进后的煮沸法测定参数：取样量30g、加水量100ml、煮沸时间5min、抽滤时间5min、抽滤压力8kpa。随后，为了使脱硫脱硝活性炭吸水更快，本发明在煮沸步骤中同时搅拌，以使活性炭更快的吸水至饱和。同时，本发明还设计了与煮沸搅拌法平行的方法——负压抽真空法，同样可以使活性炭吸水至饱和，还能消除实验中使用明火带来的安全风险。并且将其中抽滤法改为用吸水介质直接吸收活性炭表面的水分。最重要的是将去灰步骤向后挪移至吸水之后，以上为本发明对于现有技术的改良过程。下表1为分别利用四种方法分成五组进行平行测定后测得活性炭吸水率的值，以作对比：表1四种方法测得活性炭吸水率比较说明：1、波动偏差＝样品平行测量的最大值与最小值之差2、偏差度＝(波动偏差/平均值)*100％在此说明，表1中传统煮沸法即现有技术中的测定方法。而改良煮沸法即为仅更改传统煮沸法参数的方法。搅拌煮沸法和负压抽滤法分别为根据本发明的上述实施方式的测定吸水率的方法。表1中的数值均为吸水率，而由于实验过程中存在误差，因此不能以单次实验的吸水率数值作为该方法的评价标准，需要采用平均值的方式进行评价。由此，无论是改良煮沸法还是本发明的搅拌煮沸法与负压抽滤法，其五组吸水率数值的平均值均大于传统煮沸法，且根据本发明的搅拌煮沸法与负压抽滤法测得的吸水率平均值均大于改良煮沸法。另外，观察五组测量结果值，容易发现，采用传统煮沸法和改良煮沸法测量吸水率，样品测量的波动偏差较大、偏差度较高(8.2％和4.6％)，表明现有技术测量方法的测量结果的平行性较差，容易产生较大测量偏差，数据误差大，而且受测量步骤中煮沸环节吸水过程中的灰分脱落等因素影响测量值偏低。而采用本发明的搅拌煮沸法和负压抽滤法，则有效消除了操作中的吸水阶段的灰分脱落等因素干扰，由此，根据本发明的测定方法测得吸水率相对于现有技术准确性及精度更高。上述本发明的测定吸水率的方法主要针对于现场应用，一方面可以测定脱硫塔中活性炭吸水率推测其此时的性能，指导技术人员对脱硫塔的运行条件进行优化，使得脱硫塔去除二氧化硫、氮氧化物的效率达到最高；另一方面，可以测定再生活性炭吸水率，了解其再生后达到的性能，指导技术人员对再生塔的运行条件进行优化，使得再生效果达到最优。下面表2为一组脱硫脱硝活性炭在脱硫前后、解析再生后取样(活性炭样品来自某钢铁厂，样品为采用无烟煤配方、焦油为粘结剂，通过常规活性炭制备方法制备的脱硫脱硝活性炭)，采用搅拌煮沸法测定其吸水率的数值：表2活性炭使用前后的吸水率变化样品新鲜活性炭脱硫塔中活性炭解析塔再生后活性炭吸水率(％)45.2733.1043.69如表2所示，通过测定活性炭的吸水率，现场技术人员可以清楚地判断活性炭的状态(失活程度、再生程度)，以此推定出各塔运行情况，并对其运行参数进行优化调节，而不需要从现场脱硫塔或解析塔中取样，经过复杂、费时的方法去测量活性炭的脱硫值、脱硝率，再对生产运行情况进行调节，也消除了传统生产方式依靠现场工人经验去判断而带来的粗放式操作风险。以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12