改性活性炭对燃煤烟气中汞的脱除

发布时间：2020-06-17 23:57

【摘要】：煤炭作为我国储量最丰富的一次能源,在能源格局中仍占有重要地位。燃煤发电是我国煤炭利用的主要方式之一,大量煤炭的燃烧会产生如SO_x、NO_x、粉尘和重金属汞等污染物,给环境带来了严重的危害。目前,燃煤电厂烟气排放的SO_x、NO_x与粉尘已得到较好的控制,而重金属汞因其具有低熔点、高平衡压、难溶于水等特性难以脱除,成为近年来的研究重点。结合除尘设备的活性炭喷射技术是目前最有前景的脱汞技术,但由于活性炭成本较高,导致该技术的应用被限制。因此,亟需开发廉价、高效的活性炭吸附剂,用于燃煤烟气脱汞。本文以储量丰富且来源广泛的煤炭作为活性炭前驱体、采用氢氧化钾(KOH)活化法制备煤基活性炭(CAC),并以所制备的活性炭为吸附剂载体,以碘化氨(NH_4I)、氯化铁(FeCl_3)为活性改性剂,制备了一系列改性活性炭。在实验室自制的吸附剂评价系统上,对所制备吸附剂的气态单质汞的脱除性能进行评价,研究了改性液浓度、反应温度和模拟烟气成分等因素对吸附剂的气态汞脱除率的影响,并借助XRF、N_2吸附/脱附、TG/DTG、SEM、XPS、XRD、FT-IR、Hg-TPD等对吸附剂进行了表征,结合实验和表征分析结果推测了脱汞机理。首先,研究了吸附剂的制备条件和反应温度对其脱汞性能的影响。研究结果表明,制备的煤基活性炭具有一定脱汞能力,但随着反应时间增加,脱汞效率下降明显。采用NH_4I改性后,活性炭的脱汞效率大幅提高。随着NH_4I改性液浓度的增大,脱汞率先升高后降低;当NH_4I溶液浓度为3.5 g/L,即NH_4I占吸附剂的质量分数为7 wt.%时,吸附剂的脱汞效率最高。当反应温度为120-220℃时,脱汞效率随着温度的升高而逐渐下降,当温度为120℃时,3 h平均脱汞率可达96.45%。FeCl_3改性扩宽了吸附剂的温度区间,在100-200℃的温度区间内,吸附剂脱汞效率均大于97%;当反应温度为250℃时,脱汞效率仍可达83.33%。使用FeCl_3对煤基活性炭进行改性时,当浸渍液浓度为0.2-0.6 mol/L,随着FeCl_3浸渍液浓度的增加,脱汞效率不断增高。结合吸附剂的物理化学性质分析,发现NH_4I改性活性炭表面的部分活性含氧官能团和碳碘化合物(C-I_x)是脱汞可能的活性位点。FeCl_3改性后的活性炭的晶型仍保持完整,Fe在活性炭表面主要以FeCl_3形式存在,且在活性炭表面分散均匀、形成了C-Cl活性基团,因此推测Fe~(3+)和C-Cl是可能的汞吸附活性位点。其次,模拟烟气组分对吸附剂的脱汞性能也存在一定的影响。研究结果表明,烟气成分中O_2和CO_2可以促进汞的脱除。微量酸性气体HCl和NO的存在也促进了改性吸附剂的脱汞效率。而SO_2则与汞竞争吸附活性位点而抑制吸附剂的脱汞效果;且随着SO_2含量的在200-400 ppm范围内增加,脱汞率下降越来越明显。反应后的吸附剂具有一定热再生性能,在400℃热再生后,吸附剂脱汞效率仍可达95.82%,但随着再生次数的增加,再生吸附剂的脱汞效率逐渐下降。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ424.1;X773

【参考文献】