铜基改性吸附剂脱汞机理研究

发布时间：2020-08-05 11:38

【摘要】：由于汞易挥发并且具有强烈的神经毒性和生物富集性，因此大气汞污染成为当今世界上最受关注的环境问题之一。化石燃料燃烧是世界上最大的人为汞排放源，因此近年来针对燃煤电厂汞排放的环保法规日趋严格。仅依靠现有的污染物控制设备难以达到高效脱汞的环保要求，需要使用吸附剂喷射技术来控制汞排放。研发高效廉价的汞吸附剂对燃煤电厂脱汞具有重大意义。本文分别选取CuCl2和CuOx为活性物质，以中性氧化铝、人造沸石和活性炭为载体，以湿浸渍法制作了铜基改性吸附剂，并在固定床反应系统上对其脱汞性能进行了研究。实验在60-300°C的温度和不同的模拟烟气气氛下进行，对改性吸附剂的汞氧化率和汞吸附率进行了测试。采用BET、XRD、TEM等表征分析手段对改性吸附剂的比表面积、总孔容、载体表面晶体结构与形貌等进行了分析。采用XPS与TPR的表征实验研究了改性吸附剂表面活性物质的化合态。对几种改性吸附剂的汞催化氧化机理进行了研究。研究结果表明经过铜基活性物质改性后，非碳基载体的脱汞性能显著提高。对于改性吸附剂，HCl可以促进汞的脱除，SO2、NO和水蒸气会抑制汞脱除，其中SO2和水蒸气抑制作用较强。CuCl2改性活性炭和CuOx改性中性氧化铝在含有HCl的烟气组分中，具有很强的抗硫性。温度升高会抑制吸附剂对汞的吸附，但会促进汞的催化氧化。CuCl2改性中性氧化铝的汞催化氧化机理可以通过Eley-Rideal机理解释。CuOx改性中性氧化铝对Hg0的催化氧化反应反应遵循Mars-Maessen机理。 CuCl2改性中性氧化铝和CuCl2改性人造沸石具有与改性活性炭相似的汞初始吸附速率。在燃煤电厂中运用时吸附剂与烟气的接触时间非常短，可以考虑将其替代活性炭在燃煤电厂中运用以降低脱汞成本。CuOx改性中性氧化铝具有较大的汞初始吸附率，同时对Hg0具有很高的氧化率，是一种良好的复合型吸附剂，也可以作为活性炭吸附剂的合理替代。在一个中国燃煤电厂中进行了CuCl2改性中性氧化铝和CuCl2改性人造沸石的喷射实验研究。结果表明两种非碳基吸附剂可以有效减少烟气中Hg0的排放，具有较好的脱汞性能。非碳基吸附剂相比活性炭具有显著的经济优势，较好的应用前景。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X773;O647.33
【图文】：

排放清单,总汞,汞含量

年各省燃煤的汞排放清单，如图 1.1 所示。图 1.1 中的数据是基于两组原煤汞含量数据进行计算得到的，总汞排放量分别为 161.5 吨和 219.5 吨。虽然目前关于我国燃煤汞排放的估算量差别较大，但众多研究均表明我国的燃煤汞排放问题较严重，需要对汞的脱除进行深入研究。

质量平衡,电厂,脱汞

汞的质量平衡率如图 1.2 所示。以电厂燃用煤中的汞的质量为 100%，电厂的汞质量平衡率是 79.5%-139.5%。7 个电厂的 ESP 脱汞率为 2.7%-20.3%，FF 的脱汞率为20.7%-84.0%。WFGD 脱除了烟气中大部分 Hg2+，其脱汞率取决于 WFGD 入口的Hg2+含量。电厂 6 因为安装了 SCR 系统，可以催化烟气中汞的氧化，因此其脱硫系统具有较高的脱汞率。电厂 7 采用循环流化床燃烧技术，具有较低的燃烧温度，并且电厂 7 燃用煤中氯含量和飞灰中未燃尽炭含量偏高，因此 ESP 几乎脱除了所有的汞。相比美国的燃煤，我国的燃煤普遍低氯高汞（王起超等，1999；黄文辉等，2002；Pavlish J H et al，2003），因此 APCD 的脱汞率低于美国，需要采用其他方式协同脱汞。

脱汞,喷射量,活性炭,电厂

美国 6 个电厂进行了活性炭喷射实验，活性炭喷射量与脱汞率的关系如图 1.（Jones A P et al，2007）。当脱汞率增加到一个较大值时，想在此基础上继续脱汞率难度较高，所需的活性炭喷射量也较大。对于这 6 个电厂，脱汞率达0%-80%时，所需的活性炭喷射量为 0.7-9.5 lb/MMacf；而对于 Leland Olds 电射量达到 10 lb/MMacf 时仍无法获得 90%以上的脱汞率。

【参考文献】