煤中汞释放特性和赋存形态研究

发布时间：2020-09-29 20:19

　　汞是赋存在煤炭中有毒的重金属之一。在煤炭进行热转化的过程中,煤中汞释放到大气中对大气环境造成一定程度的污染。不同形态的汞具有不同的物理特性、化学特性和生物特性,因此只有弄清楚煤中汞的赋存状态,才有可能选择合适的方法将其有效脱除。本文采用自行建立的将塞曼调制原子吸收光谱分析法与程序升温装置耦合的方法(Hg TPD),对煤样进行在线监测,获得煤中汞的动态释放曲线,考察了温度、升温速率和反应气氛等因素对煤粉热转化过程中汞的动态释放过程的影响。实验结果表明:温度在热解过程对煤中汞释放有较大影响。适当增大升温速率对煤中汞的瞬间释放具有明显的促进作用。不同反应气氛下煤中汞的释放行为显著不同。选取煤中相关汞化合物为参考物,在相同实验条件下考察参考物在程序升温过程中汞的动态释放特性,主要分析温度释放区间和特征温度,并采用模拟软件对实验结果进行验证,进而确定特定的汞热谱图,以期为研究煤中汞的赋存形态提供分析标准。通过将煤样中汞的释放曲线和参考物质的温度区间、特征温度、峰的分布以及峰的对称性进行对比,可明显得出煤中汞的赋存形态与热稳定性之间的相互关系,从而确定汞在煤中的赋存形态。同时发现,煤中汞的赋存形态随煤样类型的改变而产生变化,而同一种赋存形态的汞在不同煤种中的含量也不一样。汞在煤中主要以Hg-S结合的形式存在,HgO次之,Hg Cl2含量最少,这与中国燃煤低氯高硫的特性具有良好的一致性。可见,Hg TPD是一种有效的研究煤中汞赋存形态的方法。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ533
【部分图文】：

大气汞,循环模型

华北电力大学硕士学位论文汞排放总量占全球汞排放总量的 30%，汞排放值高达约 1960t。亚污染最严重的地区之一，而中国属于亚洲中最大的人为汞排放国家放量占全球汞排放量的 1/3 左右。由于煤炭在大部分亚洲国家的能要地位，因此汞污染主要由煤炭的大量燃烧引起。燃煤电厂是汞排污染源[11]。有统计显示，中国 2000 年大气汞的排放量为 219.5 吨排放到大气中汞为 77.5 吨，所占比例约为 35%。美国国家环境保国年均大气汞排放量约为 150 吨，而燃煤电厂约为 48 吨，所占比。自工业时代以来，每年的人为汞排放量有所上升，破坏了自然界统[13]，因此必须严格控制由煤炭利用而引起的汞的释放量。

过程图,煤燃烧,过程,脱汞

图 1-2 煤燃烧过程中汞的迁移过程3.3 煤中汞的控制技术为满足日益提高的燃煤汞排放标准，世界各个国家和地区均迅速对燃煤汞控制方面进行深入研究和探讨，以寻找有效的汞控制方法。从 20 世纪 90 年，国内外众多研究学者开始对汞排放控制进行研究，并取得一定成果。燃煤的大气汞来源于煤炭，其排放量及特征与燃煤煤种、燃烧条件及烟气污染控状等密切相关。针对相关影响因素，燃煤汞可以通过燃烧前、燃烧中和燃烧三个方面后进行汞的控制或脱除。燃烧前脱汞技术包括洗选煤脱汞、煤热解脱汞以及其他燃前处理方法，燃洗选煤脱汞技术通常用于脱除赋存在原始煤样中的无机矿物，赋存在无机矿中的汞可伴随矿物质的洗选过程而脱除，从而在一定程度上减少燃煤过程中素的排放量。目前，发达国家原煤洗选率达到 40%-100%。2015 年我国原煤量大幅度提高，洗选率达到 65.9%[27]。煤热转化利用过程中，必然会经历热一阶段。由于煤具有高挥发性，煤中汞在热解过程中将大量逸出，从而达到

实验装置,动态释放,气态汞

由于汞易挥发且通常以气态形式向环境释放，目前检测固体样品在热处理或燃烧过程中汞的动态释放特性及其气相中的汞浓度变化也成为人们关注的焦点。常规采用的气态汞检测方法如 EPA 29 法和 EPA 101A 法都是离线分析方法，步骤繁琐，耗时较长，且测量值是一定时间的累计值，而非测量时刻的瞬时值，因而采用这些方法只可以测定气态汞的含量却得不到对其进行动态检测的实时分析数据，无法满足对汞动态释放特性进行深入研究的要求。为满足实验要求，本实验基于灵敏度较高的原子吸收光谱建立了一套可对气体中的元素汞进行直接检测的系统，该检测系统的采样间隔在 0.1~1s 内可调，所以可以达到对气态汞进行实时动态检测的目的。此外，将该测量方法和程序升温装置进行耦合，即可测量煤等固体物在程序升温过程中元素汞的动态释放行为。2.2 实验装置实验在固定床反应器上进行，由内径为 20mm 的石英管、管式电阻炉和高温加热器组成。实验装置如图 2-1 所示。

【参考文献】