燃煤烟气脱汞吸附剂综述-.doc

2 009 年 第3 期 我国每年燃煤排放的汞及其带来的污染是非常惊人的,从19781995年,中国燃煤汞排放累积达2500t , 每年增速为4.8,2000年燃煤汞排放达到273t ,因此有效控制燃煤汞污染是21世纪电力工业最重要的环保课题之一。当前对汞的排放控制可分为燃烧前控制和尾部烟气控制,其中以尾部烟气脱除技术最为广泛。 虽然现有污染控制装置如布袋除尘器、电除尘器和湿式FGD 等可有效脱除烟气中的二价汞,但是对元素汞的脱除效果不明显,所以开发新的汞脱除技术就是促使元素汞转化为氧化汞和颗粒汞并利用现有污染物控制装置进行有效的脱除。本文综述了活性炭、飞灰、矿物类吸附剂等对燃煤烟气中汞的吸附脱除特性。 1脱汞吸附剂 1.1活性炭 活性炭对汞的吸附包括吸附、凝结、扩散以及 化学反应等过程,与吸附剂本身的物理性质颗粒粒径、孔径、表面积等、温度、烟气气体成分、停留时间、烟气中汞浓度、C/Hg 比例等因素有关。 Carey [1] 研究了烟气中的SO 2和NO x 对活性炭捕 获汞的影响,认为SO 2浓度增加时,活性炭对两种形态的汞捕获效率都会降低;而NO x 会降低活性炭对单质汞的捕获率。美国PSCo/ADA [2]用工业活性炭在 电站进行现场实验,在碳汞C/Hg比为50001,ESP 静电除尘器出口温度为106℃处喷入活性炭,活性炭停留时间在0.751.5s 范围内,除汞效率为48。 Dunham [3]等人在中试装置上研究了活性炭对汞的吸附。 对于Belle Ayr 煤生成的烟气中在未喷入活性炭,汞的脱除效率为2080。当烟气中喷入活性炭后,C/Hg 由2000变成15000,汞的脱除效率稍微增加。对于Evergreen 煤来说,C/Hg 由2500增加到10000, 汞的脱除效率由30增加到85。对于Blacksville 煤说,C/Hg 由3500增加到13000,脱汞效率几乎不变;当C/Hg 为3800,烟气温度由175℃变成100℃时,脱汞效率由10增加到95。温度并不影响活性炭脱除Belle Ayr 和Evergreen 煤所产生烟气中汞的脱除率。1.2改进活性炭 Ghorishi [5]等在固定床实验装置上研究了渗氯FGD 活性炭脱汞特性。结果表明,当反应器入口HgO 浓度为8610-9,与吸附剂接触时间为34s ,C/Hg 为10005000,吸附剂脱汞效率可以达到8090。而未经改性的FGD 活性炭在同样条件下的脱汞效率仅为1015。 Zeng [5]等用ZnCl 2改性活性炭对燃煤烟气中HgO 的吸附的研究。结果表明用ZnCl 2改性活性炭后,活燃煤烟气脱汞吸附剂综述 邢帅杰,苏文娟,张帆,胡恩俊,段钰锋 东南大学能源与环境学院,南京210096 摘要概述了我国燃煤烟气中脱汞吸附剂的研究现状,综述了活性炭、改性活性炭、飞灰、钙基吸附剂、 矿物类吸附剂、金属类吸附剂,以及一些新型吸附剂对汞的脱除效果。指出活性炭对汞的脱除效率高,但成本也高;飞灰吸附剂脱汞的成本虽然低但脱除效率也低。文中还介绍了其它新型吸附剂的发展,指出寻找廉价高效吸附剂的必要性及开发烟气中污染物的联合脱除吸附剂的研究方向。 关键词燃煤;烟气;脱汞;吸附剂中图分类号TK4115 文献标志码A 文章编号1001-5523200903-0013-04 洁净煤燃烧与发电技术 13 2 0 0 9年第3期性炭的比表面积减小,但其对烟气中Hg0的吸附量大 幅增加,原因是化学吸附起了很大作用。 孙巍等[6]为提高活性炭对烟气中单质汞的吸附 作用,利用溴对活性炭进行处理。通过对吸附容量和 吸附动力学的测试,研究了载溴活性炭对气体中的 单质汞的去除行为。结果表明载溴可使活性炭对单 质汞的吸附量显著增加,并加快对单质汞的吸附速 率。在实验条件下,当载溴量为0.33时,活性炭对汞 的饱和吸附量可增加约80倍,吸附容量达0.2mg/g; 相对吸附系数增加了约40倍。溴负载量越高,吸附 强化作用越显著。温度升高,载溴活性炭的吸附能力 略有下降,烟气中的二氧化硫对单质汞的吸附速率 略有抑制作用。 Liu等[7]研究了注硫活性炭对气态汞的吸附特 性,实验表明在高温下注硫活性炭对汞的吸附效率 最高,随着温度降低,炭对贡的吸附能力下降;当硫 炭S/C比为4112时,其吸附能力稍微降低。注硫 温度是影响活性炭汞吸附效率的最主要因素。此外, 注硫活性炭的汞吸附效率还与硫的存在形态,硫与 炭之间的结合力,硫、炭的表面积以及其微孔所占比 例等因素有关。 1.3飞灰 Dunham[3]等在固定床上用含Hg0和HgCl2的模 拟烟气对不同来源和煤种的飞灰样品进行试验。通 过表面积、烧失量、灰中铁的形态等因素描述了飞灰 样品的特性。Hg0的氧化随灰中磁铁矿含量的增加 而增加,但有一种高含碳量的亚烟煤飞灰不含磁铁 矿却显示出比较强的氧化Hg0的能力,这与其中的 炭含量有关。同时还发现,飞灰中类晶石型结构的氧 化铁是汞氧化的活性物质,飞灰表面积以及表面特 性对Hg0的氧化和吸收具有十分重要的影响。温度 升高,飞灰吸收能力下降。 Carey[8]等在燃煤电站现场测试了飞灰脱除烟气 中汞的脱除效率。在褐煤和烟煤的烟气中喷入烧失 量为82的亚烟煤飞灰,飞灰对汞的吸附量分别为 30μg/g和10μg/g。Senior等分析了两个燃煤电站中 飞灰烧失量与汞含量的关系。在Gaston燃煤电站,此 燃煤电站装有COHPAC布袋除尘器,布袋除尘器中 飞灰的烧失量为1015,飞灰中的汞含量0.2 2μg/g。在Pleasant Prairie燃煤电站中,此燃煤电站 燃烧亚烟煤并且装有静电除尘器,静电除尘器中飞 灰的烧失量为0.5,飞灰中的汞含量0.5μg/g。 彭苏萍等[9]通过实验室模拟试验,研究了燃煤飞 灰颗粒组分对燃煤烟气中气相汞的吸附脱除特性。 飞灰中不同类型多孔及巨大比表面积介质对气相汞 的吸附特性差异明显,飞灰中未燃尽炭的相关性最 大,吸附性能最强。汞吸附量随飞灰烧失量的增长而 增大,汞吸附量与吸附时间、吸附温度、载气汞浓度、 吸附剂比表面积和孔隙结构有关。吸附剂BET比表 面积与其汞吸附量呈正相关关系。载气气相汞浓度 与汞吸附量成非线性关系,载气汞浓度增加10倍只 能提高2倍左右的汞吸附量。吸附温度与汞吸附量 呈较显著负相关关系。当吸附温度从70℃提高至 90℃时,汞吸附量呈下降趋势。燃煤飞灰炭粒所具 有的多孔隙结构和巨大比表面积有利于吸附脱除烟 气中的汞污染物。 1.4石油焦 Lee[10]等研究石油焦对汞的吸附作用。研究结果 表明,石油焦中含有7的硫。如果石油焦没有被热 解,其对汞的脱除不起作用;但在热解以后,其对汞 的脱除率为65,相当于某种活性炭。程序升温氧 化分析表明,石油焦在热解过程中内部的硫向石油 焦的表面移动,这种硫可以脱除烟气中的汞。 1.5钙基吸附剂 国内外研究者已经采用CaO、CaOH2、CaCO3、 CaSO42H2O等研究汞的脱除。Ghorishi[5]等研究表 明,钙基类物质如CaOH2对HgCl2的吸附效率可达 到85,但对于Hg0,只有在SO2存在时,可脱除 18;碱性吸附剂如CaO同样也可以很好地吸附 HgCl2,但对于Hg0的吸附效率却很低;同时研究 HCl对钙基吸附剂的影响时还发现,由于氯原子和 Hg0相互作用,带有结晶水的CaSO4CaSO42H2O、 CaSO41/2H2O对Hg0的吸附作用大大增强了。 任建莉等[11]用恒温水浴中汞渗透管的汞蒸汽发 生装置和其他烟气主要气体成分模拟烟气条件,在 小型固定床试验台上开展钙基类物质作为吸附剂脱 除单质汞的试验研究。结果表明,无SO2时,两种钙 基吸附剂以及飞灰和熟石灰混合物对单质汞的吸附洁净煤燃烧与发电技术邢帅杰等,燃煤烟气脱汞吸附剂综述 14 2009 年 第3期 洁净煤燃烧与发电技术 邢帅杰等,燃煤烟气脱汞吸附剂综述 效率不高;当有SO 2存在时,对单质汞的脱除效率可增加1520,30min 时吸附量可增加50以上,且吸附在较高温度下更有利。其原因在于SO 2同钙基吸附剂之间的化学反应,在钙基物质表面产生了活性区域,有利于提高对Hg 0的捕捉效率,化学吸附起到了促进吸附的作用。1.6矿物类吸附剂 矿物类吸附剂由于具有储量丰富、 价格低廉、对环境无毒无害等优点而倍受人们关注,包括沸石、蛭石、高岭土、膨润土、硅土、生物质半焦、浸盐硅碳纤维等。 M orency [12]等对2种天然沸石的脱汞特性进行研究,其汞脱除效率与沸石/汞有关;当沸石/汞为250001时,其中一种汞脱除效率达到100。 Jurng [13]在固定床模拟烟气试验台上研究了沸石、膨润土、活性炭和木材焦对汞的脱除性能。结果表明,在1s 的停留时间之内,沸石和膨润土对汞的脱除效率大约为50;但是在0.5s 的停留时间之内,活性炭和木材焦对汞的脱除效率接近100。注硫的沸石和膨润土与原始的沸石和膨润土对脱除烟气中汞效率没有差别。 1.7金属类吸附剂 金属吸收剂利用特定的贵金属如金和钛能与汞形成合金的特性吸附除去烟气中的汞,这种新形成的合金能够在提高温度的情况下进行可逆反应,从而实现汞的回收以及金属的循环利用,而且金属吸收率与汞的化学形态无关。金属吸附剂除汞可以降低成本,减少有害物质排放,因而很有发展潜力。1.8新型吸附剂 Malyuba 等[14] 研究了一种新型的螯合吸收剂,它 可以从烟气中直接去除气态的HgCl 2。该吸收剂主要由附着在多孔硅胶培养基上的活性超细表层结构构成,通过固定的鳌合团表面的熔融盐产生螯合作用。元素分析结果表明它对汞的理论吸收能力非常高,大约为33mg/g 。该吸收剂适用于烟气处理最后阶段的低温区域,最高的操作温度135℃。对HgCl 2的动力吸附最低的吸收能力达12mgHg 2/g ,通过Far-FTIR 检测产物发现由巯基丙氨酸配体和捕集的HgCl 2之间形成了螯合物。 高鹏[15]等利用自制的壳聚糖Chitosan,对一维炉燃烧所产生的烟气中的汞进行吸附脱除,效果良好,在80℃时吸附率达96.34,同时对SO x 和NO x 有一定的脱除效果,并且能有效脱除单质汞。 2结论 1活性炭对燃煤烟气中汞的脱除效率最大可 达到90以上,但成本高且消耗量大,而且运行费用高,一般燃煤电厂难以承受。改性活性炭汞的吸附效率大大提高,温度是影响活性炭化学吸附和物理吸附的关键参数。 2飞灰能有效吸附烟气中的汞,成本低但脱除效率有限。 粒径越小,比表面积越大,汞吸附量越高,它与含碳量有关。飞灰对汞的吸附作用是物理吸附、化学吸附、化学反应以及三者相结合的共同作用结果。 3我国对燃煤电厂汞排放控制吸附剂研究刚刚起步,尚处于初级阶段。因此寻找廉价高效的吸附剂对汞排放控制十分必要,目前的工作应从污染物联合脱除控制入手,开发联合脱除污染物技术,可有效降低运行成本。参考文献 [1]CareyR Odd,Hargrove WOliver.Factors AffectingM ercuryCon-trol in Utility Flue Gas Using Activated Carbon[J].Air 而海面吹来的风却是随高度的增加而逐渐增加,两者的综合效果使3个涡轮机上受风的风速大 致相等,尽量做到能量的平均分布,避免高处的涡轮机过早受损。实际效果上,如果把中间涡轮机 的发电能力视为100的话,上方和下方涡轮机的发电能力分别是109和93,做到了大致相 等。 发电风车满负荷时的转子速度为每分钟38转,通过安置在引擎舱的一系列变速箱,让发电机以每分钟1500转的转速运行发电。在风速为1520m/s时发电功率设计的最佳发电状态约为 225kW。风机转子的直径为29m,是用50层玻璃纤维制成的。在风力强劲,或需要转入停顿状态 时,翼片的顶端会向外推出,增强了转子的总力矩,达到减速目的。风机能承受的最大风速是80 m/s,能经受4级飓风风速为每秒69m以上。 那么,巴林世贸中心是不是称得上“以可持续能源供电”呢抱歉,还差得很远。这3台风力发电机发出的电力只相当于该世贸中心所需能量的1115。不过,它终究减少了每年55t的碳排放以英 国电业的标准折算,而风力发电机在160m高空放置到两栋塔楼之间,也是有史以来的第一次。 高育红 16