燃煤電廠煙氣脫汞吸附劑開發(fā)研究.pdf

1、煤燃燒發(fā)電過程中重金屬元素汞將進(jìn)入環(huán)境,對環(huán)境產(chǎn)生污染,對人類活動和身體健康產(chǎn)生危害。因此,燃煤中汞污染的控制已引起全人類的高度關(guān)注。但是,國內(nèi)外關(guān)于燃燒過程汞排放的控制技術(shù)與工藝的研究較少,近年來,美國等少數(shù)國家在燃煤電廠煙氣中汞的排放和汞污染的控制等進(jìn)行了研究,主要采取吸附脫汞方法進(jìn)行汞污染的控制,但迄今為止還沒有成熟技術(shù)投入工業(yè)運行。而我國在燃煤過程中汞的遷移和污染控制技術(shù)的研究起步較晚,我國的電力需求逐年增加,電力生產(chǎn)以燃煤為主

2、,因此,開展燃煤電廠煙氣脫汞吸附劑的研究具有重要的意義。
　　 本文對負(fù)載硫改性活性炭和AMD污泥(Abandoned Mine Drainage Sludge)兩種吸附劑的脫汞性能進(jìn)行了研究。改性活性炭利用椰殼質(zhì)商用活性炭和單質(zhì)硫高溫處理得到,AMD污泥取自Lowber煤礦。
　　 研究了活性炭改性前后性能,主要包括:成分、表面形貌、強度、比表面積、孔徑分布和表面含氧官能團(tuán)等。結(jié)果表明:改性后活性炭表面硫含量為11.2

3、-17.6(wt)％;活性炭表面變得粗糙,活性炭的炭骨架上的硫呈線條狀分布,而大孔孔壁上負(fù)載的硫為顆粒狀;活性炭的強度和比表面積有所降低,官能團(tuán)含量減少;活性炭微孔孔容減小,以小于10nm的孔為主。
　　 利用熱力學(xué)軟件FactSage對煤燃燒過程中,汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析,結(jié)果表明,在溫度高于1000℃時,煤中大于90％的汞會以單質(zhì)(Hg0)的形式存在。因此,在模擬煙氣中加入單質(zhì)汞,建立固定床吸附劑脫汞性能測試平臺。采用測試平臺

4、對吸附劑的脫汞性能進(jìn)行分析研究,并對活性炭改性工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,獲得最佳改性工藝為:改性溫度550℃左右,加熱時間為60min、單質(zhì)硫和活性炭質(zhì)量比為1:1。該工藝下改性得到的活性炭汞吸附脫除量為1227.5μg/g。
　　 通過脫汞吸附能與改性活性炭性能的相關(guān)性研究,表明吸附能與活性炭的脫汞性能相關(guān)性較大;改性活性炭的脫汞性能與改性活性炭中小分子硫、比表面積、總孔孔容具有正相關(guān)關(guān)系,與微孔孔容的相關(guān)性不顯著。
　　 研

5、究了煙氣組分對改性活性炭脫的汞性能的影響。結(jié)果表明,在本實驗條件下,煙氣中CO2和O2濃度變化對吸附劑脫汞性能影響不明顯;HC1、Nox和SO2對吸附劑的脫汞性能影響顯著。
　　 動力學(xué)研究結(jié)果表明,隨著反應(yīng)溫度的降低、煙氣中汞濃度的增加,活性炭對汞的吸附量呈增加;利用Langmuir等溫式和Freundlich等溫式對該過程進(jìn)行模擬計算,結(jié)果表明,Freundlich方程具有很好的擬合效果;活性炭對汞的吸附過程基本符合表觀一級

6、反應(yīng)(R2＞0.9429):采用質(zhì)量守恒和表面平衡理論,利用連續(xù)反應(yīng)釜反應(yīng)器建立動力學(xué)模型,模擬結(jié)果與實驗值符合。
　　 對AMD污泥的物理化學(xué)特性、AMD污泥脫汞吸附劑的脫汞性能進(jìn)行了實驗室基礎(chǔ)研究。AMD污泥具有比表面積大,結(jié)構(gòu)疏松、晶體粒度較小的特點,其晶粒尺寸在納米范圍;固定床脫汞實驗研究表明,AMD污泥較實驗室合成的針鐵礦具有優(yōu)越的脫汞性能,在模擬煙氣下,汞吸附脫除量約為175.6μg/g,對單質(zhì)汞的氧化率約為70～8

7、0％左右;煙氣組分中N2、CO2和Nox對汞的脫除影響不明顯,802和HC1對單質(zhì)汞具有催化氧化作用;基于SO2、HC1之間發(fā)生的競爭吸附對單質(zhì)汞的影響,提出其反應(yīng)符合Eley-Rideal機理。
　　 主要創(chuàng)新性成果:建立了我國煙煤煙氣特點的吸附劑脫汞性能測試平臺;采用椰殼質(zhì)活性炭進(jìn)行改性,獲得了改性工藝的優(yōu)化參數(shù),制備出具有良好的燃煤煙氣脫汞性能的碳基脫汞吸附劑;建立了符合中國燃煤特點的改性活性炭脫汞過程動力學(xué)模型,提出了改