铜基改性蒙脱土脱除燃煤烟气中汞的实验研究

发布时间：2020-10-24 17:14

　　 在煤炭燃烧过程中,会伴随汞的排放。现有的电厂污染物控制设备可以脱除大部分颗粒态汞和二价汞,但气态单质汞需要吸附剂喷射技术来进行控制。该技术的重点是吸附剂的选择,目前运用最多的是活性炭吸附剂,但由于成本较高等原因受到了一定限制。而矿物吸附剂具有价格低廉、来源广泛及独特的化学性质等方面的优势,正逐渐成为新的研究热点。本文通过对比各载体材料的价格和物理化学性质,选择蒙脱土作为载体,同时分别选择氧化铜与氯化铜作为活性物质对其改性,以浸渍法制备了铜基改性蒙脱土吸附剂。在固定床脱汞实验台上模拟燃煤电厂除尘器入口条件进行脱汞实验,比较不同制备方式及实验条件对吸附剂脱汞性能的影响;利用SEM及BET表征手段对改性吸附剂的物理性能进行分析,利用XRD及XRF表征手段对改性吸附剂的化学组成及脱汞机理进行分析。实验结果表明蒙脱土本身脱汞性能较差,在1500C,反应气氛为4%v01.O2,10%vol.CO2,86%vo1.N2的条件下,脱汞效率只有25%左右。但负载了铜基活性物质后脱汞性能有明显提升:同等条件下,氯化铜改性蒙脱土脱汞效率达90%以上,氧化铜改性蒙脱土有75%的脱汞效率。但氯化铜改性蒙脱土的脱汞效率会随温度升高而下降,同时受水蒸气和SO2气体的影响很小。而氧化铜改性蒙脱土的脱汞效率会随温度升高而升高,在同时含有水蒸气和SO2气体的环境中,汞最终可以转变为更加稳定的HgSO4,因此脱汞效率会随SO2浓度增加明显提升,达到85%以上。最后使用两类吸附剂在150℃C,同时含有水蒸气及SO2气体的条件下进行稳定性实验:在6h以内,氯化铜改性蒙脱土可以保持85%以上的脱汞效率,氧化铜改性蒙脱土可以保持80%左右的脱汞效率,两类吸附剂均具有较好的稳定性。氧化铜改性蒙脱土的脱汞机理遵循Mars-Maessen机理:铜的氧化物主要在在CuO与Cu20的形态之间转化实现对汞的催化氧化,最终Hg0以HgO的形式吸附于吸附剂表面;而氯化铜改性蒙脱土的脱汞机理遵循Eley-Rideal机理:吸附剂在脱汞过程中通过释放出活性CI实现对Hg0的催化氧化,最终生成HgCl2实现对汞的脱除。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X773
【部分图文】：

剂的脱汞效果及相关反应机理进行了研究。??２．１实验系统??搭建的固定床脱汞反应系统如图２－１所示，包括三部分：模拟气体部分，气??体?反应部?分和气?体分析?部分。??＾?Ｂｖｐａ．???Ｔｅｍｐｅｒａｎｉｒｅ?Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ??Ｊ?Ａ￣￣＾??Ｄ－——ｄ：一？＾——Ｉ?：?１?＾Ｓａｍｐｌｅ??ｏ：?＾??ｓａ?Ｐｎ?Ｊｉ?▲??????７＾５?［ｊ?Ｔｕｂｕｌａｒ?Ｆｕｒｎａｃｅ??＾?：?；?厂??Ｕ?＾?＝一??Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ?ｒ￣??＊?０Ｔｕｂｅ?Ｉ?ｃｆｅ：ｋ〇??ｃｏｎｔｒｏｌ?ｖａｌｖｅ?Ｗａｔｅｒ?Ｂａｔｈ?Ｍｅｒｎｉｒｙ?Ａｎａｌｙｅｒ??ａ??ｆｌｏｗ?ｍｅｔｅｒ??图２－１固定床脱汞反应系统??２．ＬＩ模拟气体部分??模拟气体部分包含各气瓶及减压阀、质量流量计、气体混合装置、水浴锅、??汞块及汞渗透装置及聚四氟乙烯连接管。其中气体包含高纯氮气（彡９９．９９９％）、??高纯氧气（彡９９．９９９％）、高纯二氧化碳（彡９９．９９９％）、标准Ｓ０２气体（浓度??２％，沁为平衡气），水蒸气通过Ｎ２经由水浴锅中的两口瓶鼓泡后产生。气体流??量通过质量流量计控制，之后进入气体混合器，混合均匀后进入反应装置。其中??反应气体来自德洋气体公司，质量流量计使用来自七星华创电子公司的ＣＳ２０００??系列，其控制精度±丨％。气体混合器为石英管状容器。气态汞由美国ＶＩＣＩ??Ｍｅｔｒｏｎｉｃｓ公司生产的汞渗透装置产生。该渗透装置置于Ｕ型管中，并将Ｕ型管??置于斗〗％的水浴锅中

?（ｂ）?Ｍｏｎ－ＣｕＯ（５）??麵??＇?ＷＤ＝?９．７ｍｍ?Ｍａｇ－?１０?００ＫＸ?Ｔｍ?：１０？２：５２?ＨＨｆｊ??（ｃ）?Ｍｏｎ－ＣｕＯ（ｌＯ）??图３－２?ＳＥＭ分析结果??对比使用ＣｕＯ改性前后的蒙脱土?ＳＥＭ图像，由图３－２（ａ）可以看出，改性前??的蒙脱土表面较为较为均匀，外表层状结构明显同时较为舒展，存在较多的微孔??中孔。而经过改性后，蒙脱土的微观形态发生了较大改变。这主要由于制备过程??中经过了?５００。（：锻烧，蒙脱土载体的晶型发生变化，由于内部一些结合水的蒸??发，一些细小的孔洞被一些大孔取而代之。同时ＣｕＯ的负载使吸附剂表面出现??了颗粒状的结晶，并且随着负载量的增加，颗粒物也在增加，在图３－２（ｃ）中可以??看到出现了明显的颗粒状聚集物，初步判断出现的是氧化铜颗粒物。??３．２．２?ＢＥＴ?分析??使用ＢＥＴ手段分析了材料的比表面积、平均孔径、总孔容积以及孔径分布。??其中比表面积是单位质量材料的拥有的平均总表面积，一般来说更大的比表面积，??更多的孔道都会对吸附剂的物理吸附性能有所提升。而孔径和孔容在决定物理吸??附性能的同时

?（ｂ）?Ｍｏｎ－ＣｕＯ（ｌＯ）的孔径分布??图３－３孔径分布图??对比图３－３（ａ）与图３－３（ｂ）可以看出，蒙脱土材料本身的孔径大小较为分散，??且主要集中在中孔和大孔之间（２－５０?ｎｍ）。而改性后平均孔径增大，小孔减少，??中孔和大孔有所增加。可以初步分析发生这些变化的主要原因是由于吸附剂制备??过程中经过５００?Ｔ煅烧，导致蒙脱土中水分子或一些有机物分子材料分解，一??方面造成了一些孔洞被疏通，一方面也使原本的层状结构崩塌从而出现ＳＥＭ图??像上表面变得疏松多孔的情形。但经过改性后蒙脱土的比表面积由５５．２?ｍ２／ｇ变??为５０．１?ｍ２／ｇ，改变不大，说明有新的孔道出现的同时，一些旧的孔道由于氧化??铜的负载而被阻塞，最终虽然蒙脱土的比表面积有所下降，但对整体的物理吸附??性能影响不大。??３．２．３?ＸＲＤ?分析??为了判断蒙脱土的晶相组成，同时对改性前后载体晶体结构的变化、活性物??质的ｔ载情况进行定性分析
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本文编号：2854753