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1、学号： 11428115 常 州 大 学毕业设计（论文）外文翻译(2015届)外文题目： Optimization of microporous palm shell activated carbon production for flue gas desulphurization: Experimental and statistical studies 译文题目：烟气脱硫中椰壳微孔活性炭的优化生产：实验和统计研究 外文出处 ScienceDirect OnSite 学 生 康翔 学 院 石油化工学院 专 业 班 级 应化111 校内指导教师 张智宏 专业技术职务 教授 校外指导老师 专业技
2、术职务 二一五年一月烟气脱硫中棕榈壳微孔活性炭的优化生产：实验和统计研究School of Chemical Engineering， Engineering Campus， Universiti Sains Malaysia，14300 Nibong Tebal， Pulau Pinang， Malaysia关键词：棕榈壳，活性炭，二氧化硫，微孔，烟气摘要通过设计实验方法和优化生产过程，把废弃物棕榈壳制备成微孔活性炭。对该活性炭产品脱除烟道气中二氧化硫的性能进行测试。活性炭的生产可以用一系列的数学功能参数去描述，如流量，活化时间和碳化的活化温度。采用响应曲面法将这些参数建模。该实验以设计组成
3、的32组复合实验作为中心进行研究。二次模型用来研究活性炭的表面积，总孔体积和微孔的孔隙率。该模型得到了制备有效脱除二氧化硫的微孔椰壳活性炭的最佳工艺条件。优化的椰壳活性炭的表面积为973平方米/克，孔隙总体积为0.78立方厘米/克和70.5的孔隙率，与通过统计研究预测的数据完全一致。棕榈壳活性炭具有较高的表面积和孔隙率，显示对二氧化硫良好的吸附能力。1.介绍由于其发达的微孔结构，大的活性表面积和良好的机械性能，活性炭是最有效的吸附剂之一。活性炭可以运用在从液体到气体许多吸附过程中。商业活性炭可以从各种碳质前驱体，通过物理或蒸汽热解或化学方法，如褐煤，煤，木材，以及各种农业和林业副产品中制造。在
4、物理工艺中，例如可以使用氮气和二氧化碳，而在化学过程中可以对起始材料用脱水剂进行浸渍（例如氯化锌，磷酸和氢氧化钾），蒸汽裂解可以利用高温蒸汽进行。大量的木质纤维素材料可以作为原料来制备活性炭，从马来西亚的棕榈油加工厂中可以大量获得的油棕榈果废弃物即棕榈壳就是其中之一。尽管它已经广泛运用在生产生物制品，但在马来西亚电联产生物质优化利用率方面仍有许多工作要做。以棕榈壳（也称为内果皮）为原料，已经制备出了各种应用的活性碳，Guo和Lua研究了有和无浸渍的方法吸附SO2。然而，对于脱除SO2特别是烟道气中的二氧化硫，文献报告中没有指出一种通过使用响应面法（RSM）来生产微孔椰壳活性炭（PSAC）的最佳
5、方法。脱除烟道气中的SO2已经引起了许多研究者的兴趣。这是因为，二氧化硫是酸雨和人类死亡的主要气体之一。全球大部分SO2的产生来自化石燃料如煤和石油的燃烧。为了最大限度地减少不利影响，人们已经采取了许多努力去减少SO2的排放。目前最有前途的烟气脱硫技术是利用活性炭去除干燥的二氧化硫，许多研究人员已经在报告中提出这是从烟道气中除去二氧化硫的有效方法。因此，在此研究中，RSM优化法已应用于制备PSAC，RSM法是统计和数学技术的综合运用，是改进和优化流程有效的集合。RSM法最初是由博克斯和威尔逊开发的，在活性炭生产优化中进行RSM应用研究是非常罕见的。在目前的工作中，从椰子壳中制备微孔活性炭和其在
6、烟气脱硫方面的潜能都被关注，这种制备过程涉及许多因素。因此，使用适当的实验设计和统计分析评估产品在质量方面的效果，是特别重要的。2.实验2.1.原材料油棕榈壳是从马来西亚的曼联油棕有限公司获得。把椰壳进行清洗，再在阳光下干燥几天的时间，然后将其压碎并筛分到1.0到2.0毫米的尺寸范围。最后将椰壳在110摄氏度下干燥约24小时，以除去表面水分。2.2活性炭的生产将清洁、干燥的油棕榈壳在炭化装置中碳化制备成活性炭。炭化装置是由一个长度900毫米和内径为40毫米的垂直不锈钢反应器构成。该反应器放置在一个可编程控制的管状炉中。两个流量控制器分别用于控制氮气和二氧化碳气体的流量。从反应器到一个冷凝器连接
7、一个绝缘线，这样可以避免焦油沉积并收集该过程的副产物。活化温度是通过在顶部凸缘处插入一个热电偶进行监测。在一个典型的碳化中，约100g原料被放置在上述反应器底部的金属网上，并在预先设定的氮气流中进行加热。将反应器的温度按15/分钟的速率增加，直到达到预定的碳化温度，在一定的时间和流量的氮气下将样品保持在此温度，然后，用预先设定的速度的CO2气体通过一段时间，在这些过程结束后，最后将装置冷却到室温。实验变量是活化的温度（700-1100），CO2气体的保留时间（30-90分钟），N2气体的保留时间（30-60分钟），CO2气体的流速（100-500ml/分钟）和N2气体的流速（100-500ml
8、/分钟），使用专业设计的软件，将这些变量进行了优化。该产品的活性炭使用去离子水进行清洗，并在100下干燥24小时再进行后续检测。2.3.设计实验炭化和活化的优化研究是利用一个RSM设计的中心组合设计（CCD）的标准进行的。CCD用于检查一个或多个响应变量和一组定量实验因素之间的关系，最终需要找到优化响应的因子设置，它被很好地用于拟合二次表面。这种方法有助于观察各个变量之间相互作用效果，优化微孔SPAC的制备和研究其潜在的脱硫效果，在这项研究中，一半的中心复合面用每点处的单复制进行设计，被用于优化生产PSAC。在这项研究中进行了五个变量研究，它们被指定为：活化的温度（700-1100）（X1），
9、二氧化碳气体（30-90分钟）的滞留时间（X2），N2气体（30-60分钟）的滞留时间（X3），CO2气体的流速（100-500毫升/分钟）（X4）和N2气体的流速（100-500毫升/分钟）（X5）。粒子表面测量（BET）的表面积（Y1），总孔隙体积（Y2），和微孔率（Y3）作为响应进行分析。所有实验都是一个随机的顺序，由于不相关的因素的存在，要以最小化观察反应无法解释的变量间的效果。假定响应是由五个独立变量和实验数据进行的分析，以适应下列二阶多项式方程（1）。其中Y是预测响应量；从Xi到Xj，是编码变量；bo，常数项；bi，线性项系数； bii，是二次项系数；bij，交叉乘积项系数；n是变
10、量的数量。专业设计软件的版本为6.0.6，利用它来开发数学模型，并评估随后进行的回归分析，方差分析和响应面分析。2.4烟道气的脱硫脱硫过程是在一个烟道气脱硫装置中进行。PSAC对二氧化硫气体的吸附测试是在一个固定床反应器中进行的。含SO2（2000ppm），NO（500ppm），O2（10），水蒸汽和N2为平衡气的混合气体作为烟道气来研究PSAC，反应器的进料流速控制在150毫升/分钟，这一过程的反应温度设定为100，使用这种便携式烟气来分析测定二氧化硫的入口和出口浓度。PSAC对二氧化硫的吸附数量，表示为烟道气中的二氧化硫透过每克PSAC的吸附时间。重复三次测量，平均这些读数作为每个脱硫实验
11、的数值。2.5.表征新鲜椰壳的常规分析和元素分析是使用热重分析仪（Perkin-Elmer公司的TGA7）和元素分析仪（Perkin Elmer公司制CHNO/ S的分析仪2400）完成的，结果分别显示于PSAC的表1中，该表已经集中测定了BET表面积和孔径分布。性能的表征通过气体体积吸附仪（ASAP2000系列）在77K测量N2吸附和脱附等温线下进行。BET的每次读数重复三次，并平均这些读数为报告的结果。表1：棕榈壳的常规和元素分析常规分析（w%）元素分析（w%）含碳量含水量挥发性物质灰分量CHNSO18.27.2373.670.950.126.821.8841.183结果与讨论3.1统计模
12、型分析完整的32组试验设计矩阵和输出响应的见于表2中，在设计中心允许的纯误差范围内，观察到了六个重复运行过程。通过舍弃在进行32组实验后所得到的不显著效果的数据，以公式变换的形式获得BET表面积，总孔体积和微孔率的模型（响应面），列在表3中。该模型由方程（1）表示，由此，变量以它们的编码值来代替，表示为BET表面积（Y1），总孔隙体积（Y2），和微孔率（Y3），N2气体的保留时间（A），N2气体的流动速率（B），活化温度（C），二氧化碳流速（D），二氧化碳保留时间（E）.模型方程通过F检验法检验，这种方法在统计学显著揭示了，这些回归方程置信水平满足95。所有的预测模型都充分显示返回值的概率大于
13、F小于0.05。LOF的Y1和Y2模型的P值均大于0.05，表明LOF为除了Y3模型（微孔率）可以忽略的数学模型，这个问题已经被报告过（等，2002）。当模型能很好拟合的数据，但测定方法又是非常精确和复杂时，会出现这种情况。Karacan等（2007）在制备土耳其褐煤制活性炭时也报道了微孔率相似的情况。表2：实验设计矩阵和响应结果运行碳化和活化变量实验数据预测数据序号X1X2X3X4X5Y1Y2Y3(Y1)(Y2)(Y3)1700903010010071.740.22389.40.22427003060100100152.40.335141.00.28437003030100500171.10
14、.323183.00.34447009060100500160.70.335131.40.284511003030100100315.50.4165330.50.4171611006060100100500.50.5473502.10.5671711003030100500540.90.5872544.00.6371811006060100500370.70.4562372.50.477197003030500100181.30.334146.90.334107009060500100131.40.314143.00.364117009030500500313.10.435290.50.424127003060500500258.80.394294.40.3941311009030500100783.8
