活性炭吸附氯化氫-燃料電池應用

　　活性炭吸附氯化氫-燃料電池的應用，在固體氧化物燃料電池的應用中，氯化氫和硫化氫的氣體會影響電池的性能，因此非常必要的。使用吸附劑凈化氣體是一種非常適用的方法。在本期中，我們對幾種活性炭、改性活性炭和其他吸附劑的吸附等吸附劑的吸附能力。氯化氫和硫化氫用浸漬活性炭和金屬氧化物吸附劑去除。

　　燃料電池的主要用途是固定電力設備，包括熱電聯(lián)產(chǎn)裝置、航天器（質(zhì)子交換膜燃料電池）的車載電力或其他封閉環(huán)境。沼氣通常用于轉(zhuǎn)化固體氧化物燃料電池中的電能，但沼氣中的氯化氫會導致脆弱的發(fā)電部件腐蝕。氯化氫是沼氣原料中的主要燃料雜質(zhì)之一。為了成功運行固體氧化物燃料電池，應在一定程度上去除。活性炭只能吸收氯化氫的一部分，所以我們這次使用的活性炭是經(jīng)過改性的。

　　活性炭吸附劑試驗試驗

　　兩種吸附劑的物理特性：碳酸鉀浸漬活性炭和其他混合物。硫化氫和氯化氫等高揮發(fā)性和有害物質(zhì)只在很小程度上吸附在活性炭上。因此，純物理吸附過程是不可行的?；瘜W吸附需要去除這些污染物，比物理吸附強得多。相互作用是氣體和固體表面共存的真正化學鍵。如果在有利的溫度和壓力條件下在所有表面發(fā)生物理吸附，化學吸附只發(fā)生在某些表面，只發(fā)生在這些表面沒有其他吸附物時。化學吸附停止，當吸附不再直接接觸表面時。因此，它是一個單層過程。物理吸附和化學吸附通常同樣快。吸附中的速率決定步驟不是吸附本身。確定活性炭孔隙周圍顆粒邊界層的質(zhì)量傳遞和質(zhì)量傳遞形成速率的步驟。

　　為了分析氯化氫對活性炭吸附能力的影響，使用100和1000ppmv氯化氫含量測試氣體與氮氣平衡。將這些氣體混合并裝瓶?；旌显囼灇怏w的相對測量不確定度為3%。這意味著對于10000ppmv氯化氫氣體混合物1000ppmv氯化氫氣體混合物的準確性為3和30ppmv。100ppmv氯化氫和200ppmv氣體混合物硫化氫。

　　測試程序

　　用碳酸鉀浸漬的活性炭和其它混合物的兩種吸附劑進行試驗。通過玻璃吸附器和氣體洗滌瓶對氣體混合物進行測試，并在30秒內(nèi)監(jiān)測氣體洗滌瓶中的去離子水pH值。根據(jù)以下程序進行典型的測試：校準包括pH電極的pH將測量的活性炭和其他混合物吸附劑添加到吸附器中和150ml用安裝了pH在氣體洗滌瓶中加入電極的去離子水。連接所有管道后，通過氮氣檢查所有儀器的密封性。在獲得數(shù)據(jù)記錄后，將測試氣體混合物輸送到吸附器。連續(xù)測量pH每30秒記錄一次值。在pH當值降至3以下時，停止試驗。之后，基于pH在試運行過程中，通過吸附器計算氯化氫的值變化。

　　上述試驗結(jié)果顯示?？梢钥闯觯?2分鐘后，氣體洗滌瓶pH值降至3以下，而在反應器中不使用活性炭吸附劑樣品。用活化氧化鋁樣品裝載反應器分別產(chǎn)生66和71分鐘的穿透時間。氯化氫的吸附容量為0.0288g/g。提高氣體流量的結(jié)果如圖1所示b所示。**次試驗是在反應器中沒有活性炭吸附劑負載，12分鐘后氣體洗滌瓶中去除離子水pH值降至3以下。氯化氫的吸附容量為0.0288g/g降低至0.0172g/g。

　　活性炭對氯化氫的吸附性能。°C，氯化氫入口濃度100000ppmv，粒徑3-4mm。

　　活性炭吸附劑顆粒尺寸是影響吸附性能的參數(shù)之一，除了空氣時間、空速和入口濃度外。在吸附裝置的設計中，它是一個限制因素，因為除了裝置尺寸外，顆粒尺寸對壓降是決定性的。

　　沼氣中的氯化氫必須去除到一定程度，以確保固體燃料電池的無故障運行。研究了碳酸鉀浸漬活性炭的吸附性能。計算了氯化氫的吸收量，即活性炭的利用值。氯化氫的吸附容量是在不同的空氣時間和空氣速度、入口濃度和粒徑下進行的。活性炭低溫氯化氫吸附試驗得出以下結(jié)論：

　　1.活性炭的氯化氫吸附能力取決于反應器中進料氣體與活性炭的接觸時間。氣時空速越高，接觸時間越短，活性炭吸附性能下降。氣時空速8萬活性炭樣品h -1點得到*好的結(jié)果。將氣時空速提高到1.6萬h -對活性炭有一定的影響。

　　2.氣時空速160000h -在下一次試驗中，將活性炭顆粒粉碎成500至1000微米之間的顆粒會加倍氯化氫的吸附。從技術上講，粉碎活性炭顆粒會增加接觸面積，這應該會帶來良好的效果，但較小的顆粒擴散路徑較短。然而，在8000h -在氣時空速下進行的測試并未證實該理論?；钚蕴恐煌ㄟ^壓碎顆粒獲得*小的好處。這背后的原因可能是將活性炭壓碎成顆粒，破壞大孔隙。

　　3.增加氯化氫的入口濃度導致活性炭吸附15%的氯化氫，這是吸附分離的驅(qū)動力。此外，當氯化氫的入口濃度從100增加到1000ppmv測試時間幾乎減少了10倍。換句話說，原料氣體中更多的氯化氫分子會使活性炭上的游離吸附點飽和得更快。

　　4.磷酸鉀能吸附氯化氫和硫化氫。由于熱力學系統(tǒng)力求*小的自由能，因此*好吸附具有高鍵合能的成分。h -1和16000h -兩次空速試驗證實了同時吸附浸漬活性炭的可能性。