图1 实验装置示意图
1. 炉体　2. 坩锅　3. 加热器及温度控制 4. 质量传感器 5. 真空泵　6. 显示仪 7. 流量计 8. 流量控制阀　9. 弹簧片　10. 吊丝
Fig.1 Schematic diagram of the experiment apparatus

1 实验装置
　　实验装置如图1所示，样品质量的变化是通过弹簧片的弯度来感应的.样品放在坩埚内，其质量发生变化后，弹簧片的弯度随之发生变化.传感器获得弹簧片变化量的信息后加以放大，并输出相应的电压值，再转换即可得质量的变化值.运用计算机，可取得每一时刻的质量变化值.

2 样品的制作
　　将煤粉(取自华能南京电厂，样品的工业成分见表1)以5∶1的体积比同粘结剂(面粉)混合均匀，再加适量的水(约12%)并捏和，然后放入容器内旋转制成直径1.8—2.5mm的小球，在大气中晾干后置入100℃的烘箱烘1h左右.所得到的小球即为实验用的样品.

表1 煤样的分析基成分
Table 1 Composition of the coal sample

4 实验结果

图2 不同炭化温度对SO₂吸附能力的影响
(温升：15℃/min,活化：875℃活化3h.吸附时，环境温度为40℃，吸附时间为1h，SO₂的浓度为3.96%)
Fig.2 The effect of temperature on the adsorption capacity for SO₂

4.1 炭化过程
4.1.1 炭化温度对吸附能力的影响　在考察炭化温度对SO₂吸附能力的影响时，是与活化过程相结合，即炭化后再在相同条件下活化，所得产品再用于吸附实验.实验结果见图2.从图2可得出，炭化温度在300—600℃之间变化时，活化后，其对SO₂ 吸附能力值近似一样，而炭化温度再升高时，若至700℃，其吸附能力显著下降.这与用比表面积来衡量处理结果有些不一样，用比表面积作为衡量标准，所得的最佳温度仅为600℃，但在700℃时的变化规律近似.不同温度下的炭化过程见图3.600℃炭化后样品的电子显微照片见图7.
4.1.2 温升速率对吸附能力的影响　结果如表2所示，其最终炭化温度为400℃，吸附环境同图2.从表2可见，温升速率低，对增强吸附能力有利.

表2 温升速率对吸附量的影响
Table 2 The effect of heating rate on the adsorption capacity

图3 不同温度下的炭化过程(温升速率为15℃/min)
Fig.3 The pyrolyzing process undervarious temperatures

图4 炭化时间对吸附能力的影响(炭化温度400℃，其余条件同图2)
Fig.4 The effect of duration of the pyrolyzing process on the adsorption capacity

4.2 活化过程
4.2.1 活化温度对吸附性能的影响　不同的活化温度对样品(已经过600℃，炭化3h)吸附能力大小的影响结果见图5.
　　从图5(a)中可以看出，活化温度为870℃时其吸附量最大.从图5(b)可知，吸附开始时，吸附量急剧增加，其过程符合Langmuir方程.
　　不同温度下的活化过程中，温度越高，样品质量变化量越多(图6a)；反应开始时，反应速度快；随着反应的进行，其反应速度逐渐变慢(图6b).
　　图7显示了部分温度下相应样品的电子显微镜照片.从图中可看出它们外观的一些变化.

图5 不同的活化温度对吸附脱硫能力的影响
(吸附时间为2h，温度40℃，绝对压力0.1MPa,SO₂浓度3.96%，N₂为平衡气体)
Fig.5 The effect of activating temperature on desulphurizing capacity

图6 活化过程中的质量变化(压力：0.1MPa,CO₂的流量：30L/min，活化3h)
Fig.6 The mass change during the activating process

图7 电子显微镜下各种样品的形貌照片
Fig.7 Scanning electron micrographs of the samples

图8 活化时间对吸附能力的影响(条件同图4)
Fig.8 The effect of duration of the activating process on the adsorption capacity

4.2.2 活化时间对吸附性能的影响活化时间越长，炭燃尽率越高，它们之间存在着对应的关系(见表3).从图8可看出，活化3.0h，即炭燃尽率近为36.0%时，相应的处理后的样品具有最大的吸附能力.

表3 活化时间对炭燃尽率的影响(活化温度为875℃)
Table 3 The effect of duration of the activating process on the carbon burn off

　　　　CO₂+C_x=2CO+Cx-1　　　　　　　　　　　　　　　(1)

式中，C_x——单质碳或含碳的有机化合物.
　　要控制式(1)反应，活化过程应考虑如下的参数^［5］：氧化气体的化学性质和浓度；活化反应温度；活化进行的程度；炭中无机成分的含量和种类.
　　在本实验中，活化气体为CO₂，其性质较不活泼，反应速度较其它气体(如O₂等)慢.因而选用高浓度的CO₂(本实验为99%的工业用气)作为氧化气体，氧化过程还是易控制的.
　　从图5可以得出，随着活化温度的升高，吸附能力先开始上升，上升至870℃左右后，若温度再升高吸附能力反而下降.从图3可以解释这种现象，随着温度的升高，反应速度加快.在870℃以下的过程中，反应速度的增加，在一定的时间内会促进微孔的生成，从而比表面积和孔体积增大，同时孔径分布亦发生相应的变化.在870℃左右，此三参数相对其它温度来说与SO₂分子达到了最佳的配合，至使吸附SO₂能力达到了最大值.在870℃以上，由于反应速度的加快，在孔生成时孔径变化幅度较大，最终结果是比表面积和孔体积减少，孔径分布亦不合理.
　　图4显示了随着时间的延长，吸附能力起初是增加，随后则降低.这是因为^［2］ ：在活化开始时残留物被烧去，其贡献是在炭化的基础上使孔隙数增加或孔隙增大，随之在此结构基础上发生式(1)的化学反应，此反应沿着大孔或过渡孔的各个方向进行，微孔因此而逐渐变得发达，比表面积与孔体积相应地增加，在活化3.0h左右，即炭燃尽率为36.0%时，比表面积、孔体积、孔径分布与SO₂分子具有最佳的配合，此时，致使其对SO₂吸附能力为最大.随着反应程度的加深，微孔、过渡孔、大孔均相应地扩大，比表面积下降，孔径分布不合理，所以吸附能力相应地下降.

6 结论
　　1. 从上述实验步骤和过程来看，直接应用对SO₂的吸附能力为标准，其所需实验设备、实验条件及过程均比应用比表面积等物理参数为标准^［4，6］简单得多，耗时少，并且理论上更合理.
　　2. 从实验结果来看，与用比表面积的大小作为衡量标准相比，对于炭化过程，它们所得结果不一样；对于活化过程，结果是近似的^［2，6］.
　　3. 炭化温度在400—600℃之间，炭化时间为2.8h，温升速率较低的条件下无氧炭化所得的样品，再经过870℃环境下在CO₂中活化3.0h，可得内孔发达、对SO₂吸附能力很强的吸附剂.

　　*现在深圳市能源集团能源环保工程公司工作(邮编　518052)

参考文献

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　2［日］炭素材料学会编，高尚愚译.活性炭基础与应用.北京：中国林业出版社，1984
　3 Singla P K.Pore development during carbonization of coals.Fuel,1983,7:645
　4 Lu G Q.Preparation of an economical sorbent for SO₂ and NO_x removal using coal washery reject.Carbon,1991,29(2):207—213
　5［美］哈斯勒 J W著，林秋华译.活性炭净化.北京：中国建筑工业出版社，1980
　6 Lu G Q.Physical structure and adsorption properties of coal washery reject.Fuel,1992,17(1):809

DESULPHURIZING COAL-ADSORBENT

Wu Laigui, Cai Song, Su Shi, Shao Liwei (The Institute of Thermal Engineering,Southeast University,Nanjing 210096)

ABSTRACT Sorbent prepared from coal for SO₂ removal were studied.By using of the adsorption capacity for SO₂ as a measuring standard,the optimum process for the adsorbent production was investigated.It was found that the adsorption capacity of product of pyrolyzing is similar to that produced by other process.Porous sorbent with high adsorption capacity was able to be produced by pyrolyzing at 400—600℃ in N₂ for 2.8h and activated with CO₂ at 870℃ for about 3.0h.
Keywords adsorption, desulphurize, pyrolyze, coal,SO₂.