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浙江大学 硕士学位论文 燃煤电厂汞排放测试及脱汞产物汞稳定性研究 姓名王光凯 申请学位级别硕士 专业工程热物理 指导教师周劲松;程乐鸣 20060501 吝 瓢 } 耗’ 1 √一 、 摘要 摘要 本文依托“中国燃煤汞排放控制及其控制研究” 国家高技术发展计划“8 6 3 “ 项目，N o ．2 0 0 5 A A 5 2 0 0 8 0 和“燃煤烟气汞控制过程中形态稳定机理研究” 国 家自然科学基金资助项目，N o ．5 0 4 7 6 0 5 6 ，就基于固体吸附剂的烟气汞采集分 析技术进行相关研究，并运用该技术对某垃圾焚烧炉汞排放情况进行测量。另外， 利用安达略水法对浙江某6 0 0 M W 燃煤锅炉形态汞排放进行测试。同时，对汞排 放控制产物的汞稳定性展开了实验研究。 首先对市场上购得的三种颗粒活性炭进行表面物性参数及活性炭空白汞含 量测试，通过各种参数的对比，筛选出l 号活性炭作为下一步吸附剂研究的备用 材料，然后对l 号活性炭样进行高温脱附表面洁净化以及载碘的化学改性处理。 在固定床模拟吸附实验台上进行活性炭吸附汞的实验研究。先考察了金吸附 管汞的吸附特性，证实金沙非该技术理想的吸附剂。在固定床上进行不同粒径、 不同处理方式活性炭样的汞吸附实验，挑选出具有最佳参数的活性炭样。通过对 含碘活性炭进行汞吸附的各种技术参数实验，初步建立了含碘颗粒活性炭的汞吸 附资料库j 在此基础上，参考相关文献自制了含碘活性炭吸附管。对制得的吸附 管进行验证实验。实验数据显示，吸附管基本达到了美国环保署 E P A M e t h o d3 2 4 的方法要求。 ’ 另外，将组装的烟气汞的采样流程运用于某垃圾焚烧炉的实际采样过程。取 样后分析样品气态总汞含量，结果与C E M 测量值进行对比，存在的一定偏差说 明该技术有待进一步改进。此外，本文还采用安达略水法对某6 0 0 M W 燃煤锅炉 的形态汞排放进行测定及研究。 最后，在模拟流化床上制取各种改性活性炭汞吸附产物。利用浸滤试验模拟 汞排放控制产物的填埋状态，将各种不同浸滤溶液对吸附产物进行浸滤，测试其 汞浓度变化情况。同时，利用美国E P A 的毒性浸出程序 T C L P 对汞吸附产物进 行稳定性测试，将测试结果同浸滤结果进行比较，判断两种方法的异同点，为燃 煤电厂汞排放控制产物的稳定性研究提供可靠的判断手段。 关键词汞排放；测试；固体吸附剂；活性炭；气态总汞；脱汞产物；稳定性 ● ， | I A b s t r a e t A b s t r a c t T l l i sr e s e a r c hr e l i e so nt h ep r o j e c t s - E s t i m a t i o no f M e r c u r yE m i s s i o nf r o mC o a l U s ei nC h i n a C h i n e s eS p e c i a lF u n d sf o rH i 曲T e c hR e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n t “8 6 3 ”P r o g r a m 。N o ．2 0 0 5 A A 5 2 0 0 8 0 a n dS t a b i l i z a t i o nm e c h a n i s m so fm e r c u r y d u r i n gi t sc o n 仃o li nc o a l - f i r e df l u eg a s C h i n e s eN a t i o n a lN a t u r a lS c i e n c eF o u n d a t i o n N o ．5 0 4 7 6 0 5 6 ．S o m er e l e v a n te x p e r i m e n t sh a v eb e e nd o n ei nt h et e c h n o l o g yo f g a s e o u sm e r c u r ys a m p l ea n da n a l y s i sb ys o l i ds o r b e n t , w h i c hi sa l s ou s e di nt h e m e a s u r e m e n to fm e r c u r ye m i s s i o nf r o ma ni n c i n e r a t o rp o w e rp l a n t ．T h er e s e a r c h r e f e r st oam e a s u r e m e mo fs p e c i a t i o nm e r c u r ye m i s s i o nf r o ma6 0 0 M Wc o a l ．f i r e d u m i t yb o i l e r ．I na d d i t i o n ．t h er e s e a r c h e so f m e r c u r ys t a b i l i t yo nt h es i m u l a t e dm e r c u r y c o n t r o lp r o d u c t sf r o mc o a i - f i r e dp o w e rp l a n th a v eb e e ns t u d i e d ． A tf | r s t , i tf o e u s e do nt e s t i n gt h es u r f a c ep h y s i c a lc h a r a c t e r sa n dm e r c u r ye o n t e n t o ft h ed i f f e r e n ta c t i v a t e dc a r b o n s A C s ．A t i e rc o m p a r i n gs e v e r a lp a r a m e t e r s , N o ．1 A Cw a ss e l e c t e da st h em a t e r i a li nt h eR e x tS O r b e n tr e s e a r c l Ln l e nt h eA C ’ss u r f a c e m o d i f e de x p e r i m e n t sa b o u th i g ht e m p e r a t u r ed e a b s o r b e da n di o d i n e ．1 0 a d e dw e r e c o n d u c t e d ． I nt h ef i l r t h e rs t u d y , t h er e s e a r c ho fm e r c u r ya d s o r b e db vA Cw a sc a r r i e do nt h e f i x e d - b e de x p e r i m e n t a lt a b l e ．F i r s t l ym e r c u r ya d s o r p t i v ec h a r a c t e r so fg o l dt r a pw e r e i n v e s t i g a t e d ．a n di ti sf o u n dt h a tg o l di sn o tt h ei d e a ls o r b e n t ．T h r o u g ht h ec o m p a r i n g e x p e r i m e n t so fA C ’sm e r c u r ya d s o r p t i v ew i t hd i f f e r e n tp a r t i c l ed i a m e t e r sa n d d i f f e r e n ts u r f a c et r e a t m e n t s 。t h eb e s tA Cw a ss e l e c t e do u t ．n ed a t a b a s eo fi o d i z e dA C i nm e r c u r ya d s o r p t i v eh a db e e ns e tu pa f t e ras e r i e sw o r k ．B a s e do nt h ef o r m e rs t u d y , t h ei o d i z c d - A Ct r a p sw e r em a d ew i t ht h eh e l po fM e t h o d3 2 4 ．F u r t h e rt e s t sw e r e c a r r i e dO l lt h ei o d i z e dA Ct r a p s ．i n c l u d i n gs o m ev e r i f i c a t i o ne x p e r i m e n t s ．A 1 1t h ed a t a o f t h e s ee x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h et r a p sm e tt h er e q u e s to f M e t h o d3 2 4 ． I na d d i t i o n 。t h eg 船e o u sm e r c u r ys a m p l et r a i nw i t ht h ei o d i z e d - A C 位a pw a s a p p l i e dt op r a c t i c a b l es a m p l i n ga ta ni n c i n e r a t o rp o w e rp l a n t ．C o m p a r e dw i t ht h ed a t a t h a tC E Mm e a s u r e d - t h es a m p l et r a i nr e s u l ts h o w e ds o m ed i f i e r e n ti nt h es a Ⅱl et e s t s p o t s ．I tm e a n st h a t 也i s s o l i d a d s o r b i n gs a m p l h a gt e c h n o l o g yn e e d sf u r t h e r i m p r o v e m e n t ．M e a n w h i l e ，t h i sr e s e a r c ha i s ot e s t e dt h em e r c u r ys p e c i a t i o ne m i s s i o n f r o ma6 0 0 M Wu t i l i t yb o i l e rw i t hS t a n d a r d0 n t a r i o - H y d r oM e t h o d ． ． F i n a l l y , m e r c u r ya d s o r p t i v eA C s w e r ep r o d u e e di nt h es i m u l a t e df l u i d - b e du n d e r d i 彘r e n tw o r kc o n d i t i o n s ．I tu s e dt h el e a c h i n gt e S tt os i m u l a t et h eb u r y i n gc o n d i t i o n o ft h em e r c u r ye m i s s i o nc o n t r o lp r o d u c t sw i t l ld i f f e r e n tl e a e h i n gs o l u t i o n s ．1 1 地 s t a b i l i t yo f m e r c u r ya d s o r p t i v ep r o d u c t sw a s j u d g e dt h r o u g ht e s t i n gt h ec h a n g eo f t h e m e r c u r yc o n c e n t r a t i o ni nt h el e a c h a t e ．A tt h es a m et i m e ．t h es t a n d a r dl c a c h i n gm e t h o d o f T C L Pw a su s e da sr e f e r e n c es c a l eo nd e t e r m i n a t i o nt h em e r c u r yl e a c h i n gs a f e t yo f t h ea d s o r p t i v ep r o d u c t s ．C o m p a r i n gt h er e s u l t so ft h e s et w ot e s t s ，i tc a np r o v i d e c r e d i b l ej u d g m e n t sf o rt h es t a b i l i t yr e s e a r c ho fm e r c u r ye m i s s i o nc o n t r o l l i n gp r o d u c t s f r o mc o a l - f i r e dp o w e rp l a n t ． ． K e y w o r d s m e r c u r ye m i s s i o n ；m e a s u r e m e n gs o l i ds o r b e n t ；a c t i v a t e dc a r b o I l ；g 髂e o l l s m e r c u r y ；m e r c u r ya d s o r p t i v ep r o d u c t ；s t a b i l i t y n 0；，、 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝堑盍堂或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名毫夕乞考√ 签字吼川年‘月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权堑延太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名； 妙杉；I U 签字吼∥年占月夕日 导师签名 孑0 系 签字吼卅年z 月了日 粤 ● 、 第一章绪论 1 ．1 研究背景 能源是国民经济发展和人民生活水平提高的基础，社会的快速发展离不开能 源的高效提供．我国是一个富煤贫油少气的国家，长期以来，煤炭是我国的主要 能源，它在我国能源消费结构中所占比例一直很高。当前煤炭为我国提供了7 0 ％以上的发电燃料、6 0 ％的化工原料和8 0 ％的民用燃料t 。根据预测，到2 0 1 5 年，煤炭占一次能源消费结构比例的6 2 ．6 ％，即使到2 0 5 0 年，煤炭仍占5 0 N 以 上。所以不仅现在，而且在相当长的一个时期内，我国以煤炭为主的能源消费结 构将难以改变【2 】。 煤作为一次能源，它的利用方式在我国主要是燃烧，我国每年生产煤炭的 8 4 ％用于燃烧。煤燃烧产生的污染物是造成我国生态环境破坏的重要污染源。燃 煤所造成的大气污染是人类共同面临的难题，更成为制约我国国民经济和社会可 持续发展的一个重要因素【孙，也成为国际上，特别是周边国家和地区对我国关注 的热点。 煤中除常量有害元素s 外，目前已经从煤中发现了8 0 余种微量元素，其中 有害或潜在有害的微量元素有2 2 种【4 】。在燃煤过程中，这些有害或潜在有害的 微量元素将以不同的形式排放到大气中，造成有害或潜在有害的微量元素大气污 染。尽管与常量有害污染物相比有害或潜在有害的微量元素污染物在大气中浓度 不高，但有些有害或潜在有害的微量元素污染物对生态环境的破坏是相当严重 的，这些微量元素主要有；H g 、P b 、F 、C I 、A s 、S e 等。 ’ 汞 F i g 是人们熟知的环境污染物，它存在于大气、土壤、水体、岩层中。在 生态系统中循环，给人类及生态环境造成极大危害。燃煤电站用煤中含有重金属 元素汞，汞具有很强的挥发性，这使得汞在燃煤过程中与其它微量元素有着不同 的化学行为。在燃煤过程中大多数微量元素基本 9 9 ．9 ％以上 残留在底灰和飞灰 中，而煤燃烧的环境高温将煤中的汞气化成气态汞，伴随着烟气的冷却，气态汞 与其它燃烧产物及烟气成分相互作用产生了氧化态汞和颗粒态汞，这三种形态的 汞总称为总汞． 由于汞的这一特性，使得燃煤电站向环境大气中排放了大量的汞。据统计， 全球每年向大气中排放的汞总量约为5 0 0 0 吨[ 5 1 。根据E P A l 9 9 7 年给美国国会的汞 研究报告【5 】，燃煤电站是对人体造成危害的汞排放的最大污染源，然后按照汞排 放份额依次为垃圾焚烧炉、医疗垃圾焚烧炉和危险物品焚烧炉。美国环保局估计， 1 9 9 9 年美国燃煤电厂锅炉排放的汞约为7 5 吨，其中约4 8 吨排向了大气【6 】。清华大 学蒋靖坤[ 7 1 用2 组数据计算2 0 0 0 年中国燃煤大气汞排放量分别为1 6 1 ．6 吨和2 1 9 ．5 吨，绝大部分汞排放来自工业、电力和生活消费，分别占4 6 ％、3 5 ％和1 4 ％。另 、 J ●● 、 燃煤电厂汞排放测试及脱汞产物汞稳定性研究一浙江大学硕士学位论文 外，L i p f 缸等【s 】对燃煤排放的汞对人的危害性进行评估后认为，1 0 0 0 M W 电站锅 炉汞排放可使附近居民食用鱼中甲基汞水平增加一倍。由此可见，燃煤过程中的 汞排放，特别是大型燃煤电站锅炉的汞排放，在局部汞循环中具有相当的危害性， 其危害不仅具有隐蔽性而且具有潜在性，即汞的生物累积难于消除，应当引起重 视，并且把治理汞污染提到议事日程上来。如果不采取一定措施加以控制，将会 对人们赖以生存的环境造成难以弥补的危害。 目前，燃煤电站汞排放控制的研究已成为各国研究的前沿及热点。特别是 2 0 0 5 年3 月，美国国家环保局 E P A 第一次颁布了燃煤电厂汞的排放标准 C A M R ．1 9 | I T h eC l e a nA i rM e r c u r yR u l e ，新标准基于之前颁的C A I R t l o C l e a nA i r I n t e r s t a t eR u l e 来严格规范燃煤电厂的汞排放，E P A 计划将降低有毒汞排放量的过 程分为两个阶段第一阶段，从现在起蛩] 2 0 1 0 年，将当前的排放量从4 8 t ／a 降低到 3 8 t ／a ；第二阶段，2 0 1 0 ．2 0 1 8 年，最终降低到1 5 垤。标准执行完时可将美国国内 汞的排放量降低到目前排放水平的3 0 ％以下。国内多燃煤汞排放问题也非常重 视，我国。8 6 3 ”计划将燃煤汞排放控制技术的开发作为其中一项重要的研究内 容进行突破。 由于煤燃烧及污染物生成现象的极端复杂性，涉及到诸多领域的学科难点， 因而严重地制约了它的发展。在我国，燃煤电站中汞的排放控制领域的研究相比 国外而言研究水平较低。有关各种痕量重金属元素的燃煤污染防治的理论及控制 技术的研究，我国还只是处于一种起步的水平，几乎还没有任何污染治理技术可 供使用，燃煤设备基本上是处于无治理的排放状况。 因此，加强燃煤过程中汞排放及控制领域如汞排放的二次污染问题的系统研 究，以及开展对煤燃烧过程中汞排放测量技术的自创性研究，在实验的基础上提 出相应的测量理论及方法，不仅会有力地促进国内汞排放测量技术的发展，还可 以评估现有汞排放测量的水平，从而对我国烟气中汞的排放测量和控制工作起到 积极的推动作用。 1 ．2 汞测量技术综述 在煤粉电站锅炉的燃烧区域中，煤中的汞将蒸发释放进入烟气，在烟气冷却过 程中，烟气中的汞将经历一系列的物理变化和化学变化小部分凝结在亚微米尺寸 的飞灰颗粒表面上，绝大部分随烟气排出进入大气环境。 目前，国内外大部分的研究者侧重于燃煤烟气中汞的总浓度，而对烟气中汞 的形态分布所做的研究工作还不多。“形态分布”是指一个样本中某种元素的各 种物理、化学形式的分布．汞有三种价态元素汞H g * ，一价汞H g 8 { l l - - 价汞 H 矿 。元素汞H g 。易挥发，微溶于水，是大气环境中相对比较稳定的形态，在大 气中的平均停留时间长达半年至二年，可以在大气中被长距离地输运而形成全球 性的汞污染。在一价汞∞曲和二价汞o { 矿 这两种离子态中，二价汞比较稳定， 2 并且许多二价形态的汞非常易溶于水．汞的有机化合物 例如一甲基汞和二甲基 汞 是环境中汞最具毒性的形态，并且在水生食物链中的生物积累因子可以高达 1 0 5 ，因而在环境中倍受关注【l ”． ‘不同化学形态的汞具有不同的物理特性、化学特性，生物特性和环境迁徙能 力，理解燃煤烟气中汞的形态对认识汞的迁徙富集规律、汞排放的抑制、正确评 估汞对人类健康和环境的危害等问题有重要的意义，因此测定和预报燃煤烟气中 汞的形态分布是一个十分迫切的任务。燃煤电站要有效地控制和治理汞的排放， 首先准确测定汞的含量，并且能够将汞的各种物质形态 酽、H 矿 以及吸附于 颗粒的颗粒态汞进行分别测量，弄清楚其分布规律，否则将很难达到有效治理汞 污染的目的。 当前国际上已经提出了不少汞的测量方法，但不少技术还在进一步改进和完 善。这些方法可以归纳为两大类一类是手动分析法，另一类是在线分析法。其 中手动分析方法按照所测定的汞的形态，测定方法可分为测定总汞的测量方法 和测定形态汞的测量方法；另外，按照测试流程及所选用测试手段，测定方法又 可分为湿化学方法和干法吸附剂吸附法如湿法的安大略方法 O n t a r i oH y d r o M e t h o d [ 1 2 1 ，E P A 方法2 9 【1 3 】，美I 虱E P A 方法1 0 1 A 1 1 4 l ，T r i s - b u f f e r 方法等，千法的 烟气汞形态吸附法 F l u e g a sM e r c u r y S o r b e n tS p e c i a t i o n ，F M S S 和快速S E M 法 Q u i c kS c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p y ，Q S E M 等。但是手动分析法普遍消耗时间 长，而结果也要在取样数天后才能得到。 1 ．2 ．1 湿化学方法 固定污染源 如燃煤电厂 汞排放比较普遍的测量方法是利用采样系统采取 一定量具有代表性的样品，进而进行汞浓度分析．手动分析的湿化学汞测试方法 主要分成两类一是测量总汞的方法；二是测量形态汞的方法。如美国E P A 方法 2 9 ，E P A 方法1 0 1 A 就是总汞测量方法；形态汞测量方法如O n t a r i oH y d r o 方法，T r i s B u f f e r 方法，E P A 方法1 0 1 B 等。 手动分析的湿化学汞测量方法，不论是总汞测量方法还是形态汞测量方法， 其采样系统和测量过程基本类似，如图1 ．1 ，采样系统一般包括等速取样头、颗 粒过滤器、液体或固体吸收系统等装置，其中通过颗粒过滤器实现颗粒汞取样， 液体或固体系统收集气态汞的目的。取样流程一般是利用取样探枪，采用等速 取样的方法从固定源抽取样品，经颗粒过滤器过滤样品中的颗粒物后，洁净的气 态样品经一组化学冲击瓶进行气态汞的吸收，后经抽气泵排空。各种方法的主要 区别在于气态汞吸收装置的配置，根据冲击瓶的数量以及瓶中所承载的吸收液不 同，可以分别达到测量总汞和形态汞的目的，如表1 ．1 。吸收气态汞后的吸收液 经回收、消解，而后利用原子荧光光谱仪或原子吸收光谱仪进行汞浓度分析。 3 、 、 燃煤电厂汞排放测试及脱汞产物汞稳定性研究浙江大学硕士学位论文 表1 ．1 汞湿化学测量方法分类表 测手动汞取样系统配置吸收瓶配置分析方 量测量方法 方法 前半部后半第一组第二组第三组 C V A A 法 分部分 - 冷原 分 P M 和 气 子吸收 数吸收液数吸收数吸收液 类 颗粒汞态 量量液量 汞 总 E P A 方石英纤液体 2 H N O r l 空 2 H 2 S 0 4 - K C ～A A 汞法2 9维滤纸吸收 H 2 0 2M n 0 4 测瓶 量E P A 方石英纤液体 3 H 2 S 0 4 0无无 C 、7 A A 方法维滤纸吸收 K M n O 法 I O l A 瓶 形E P A 方 石英纤液体 2 去离子 1 H N 0 3 - 2 H 2 S 0 4 - K C 、，从 态 法 维滤纸吸收 才 H 2 0 2M n O ● 汞 l O l B 瓶 测 O n t a r i o 石英纤液体 3K C ll H N 0 3 3 H 2 S 0 4 K C ～A A 量 H y d l “ o 维滤纸吸收 H 2 0 zM n 0 4 』 方 方法 瓶 法 胁B u石英纤 液体 2 T r i s 吸 2 H 2 S 0 4 -无 C V A A f f e r 方 维滤纸吸收收液 K M n 0 4 法 瓶 二一 图1 ．1 安达略方法取样系统示意图 4 、 1 ．2 ．2 干法吸附剂法 干法吸附剂法是基于使用冲击瓶的取样流程之上，气态汞的零价、二价形态 通过吸附、汞齐、扩散以及离子交换等过程选择性的被固体取样媒质所捕捉的测 试方法。较液体吸附剂而言，固态的千吸附剂具有稳定性好，可操作性强等优点， 而且采集到的汞可以通过如原子荧光等灵敏度高的现代测试技术直接加以分析。 这些优点促进了此类方法的发展及优化。但是，千吸附剂法仅能提供一段时间内 汞浓度的均值，而且吸附剂必须送回实验室加以分析【l 习。 干法吸附剂吸附法测试流程为使用标准的烟气取样装置和洁净的操作技 术，让已知体积的烟气流经一系列的吸附管。通过将吸附管置于加热的取样探枪 内或直接置于烟道气流中来保证吸附管的环境温度高于水蒸汽冷凝温度。烟气中 总汞或形态汞的含量由优质、低汞空白含量的碳基吸附管测得。 目前，研究领域内出现了两种可行的干吸附剂测汞法烟气汞形态吸附法 F M S S 和快速S E M 法 Q S E I v 0 。这两种方法都靠干吸附剂来捕捉汞，前者能测 量出烟气气流中的形态汞，后者能测量来流中总汞的浓度。 与O H 法相比，F M S S 法和Q S E M 法等干吸附剂法的优点有 1 ．先进的，高灵敏度的、程序化的、完全有效的分析方法 U SE P A1 6 3 1 C 、J f 圩S ； ’ 2 ．低的汞吸附管空白背景 5 0n 1 1 1 的大孔；2n n l w 1 4 5 0r i m 的中孔；w 2n m 的微孔。活性炭质材料9 0 ％的表面积都在微孔上，因 此，活性炭质材料中起主要吸附作用的是微孔，而中孔与大孔一般作为吸附质分 子进入微孔内吸附表面的通道。 活性炭的吸附能力主要诀定于活性炭的孔结构，这就决定了活性炭具有多种 多样的吸附能力和催化能力。三种孔隙都有各自的吸附特性，但是对吸附起决定 作用的则是微孔。在气相吸附中，无论吸附分子大小，基本上存在微孔中，吸附 容量在很大程度上取决于微孔的多少【】。因此，对活性炭表面特性的研究，常 规孔参数中的孔径分布显得尤为重要。 2 ．2 ．3 氮吸附实验及结果 用美国康塔公司氮吸附分析仪Q U A N T A C H R O M EA U T O S O R B ．1 测定实验 用活性炭样品的比表面积、孔容、孔径分布等参数。该仪器可用于测定多孔物质 的比表面，总体积 孔容 ，平均孔径和从l 纳米至约2 0 0 纳米的孔径分布曲线。 该仪器主要配置有高精度电子天平、A u ．I ’o s O R B ．1 吸附仪和具有双重压力调 节阀的高纯氮气瓶。 2 ．2 ．3 ．1 实验方法概述 样品通过加热和抽真空脱气，然后称重，再被冷却于液氮中，在液氮温度下， 测定在预先设定的不同压力点下被样品吸附的氮气量 样品的氮吸附量 ，然后 通过计算机处理数据，从3 0 点的吸附等温线上计算比表面，总孔体积 孔容 ， 平均孔径和孔径分布。 2 ．2 ．3 ．2 实验结果 表2 - 3 颗粒活性炭样品的常规表面参数 比表面积 m 2 蟾孔体积 c o ／g 平均孔径 A 1 号活性炭原样 7 1 9 ．40 ．4 0 6 12 2 ．5 8 1 号活性炭 过2 8 目 6 5 2 ．10 ．3 6 9 9 2 2 ．6 9 1 号活性炭 过3 2 目 6 6 8 ．60 ．3 9 9 32 3 ．8 9 1 号过2 8 目高脱 5 8 0 ．30 ．3 5 7 92 4 ．6 7 1 号过3 2 目高脱 5 3 8 ．70 ．3 2 6 62 4 ．2 5 2 号活性炭原样 6 0 2 ．80 ．3 2 8 42 1 ．7 9 3 号活性炭原样 6 0 2 ．4 0 ．3 7 8 82 5 ．1 5 燃煤电厂汞排放测试及脱汞产物汞稳定性研究浙江大学硕士学位论銮 图2 ．11 号活性炭原样的D F r 孔径分布曲线 图2 ．2l 号活性炭脱附后的D E r 孔径分布曲线 从上表狈上图的实验数据及曲线来看，可以得到如下结论 1 所选取的三种不同材质的粉末状活性炭样品比表面积都相当大，均高于 5 0 0 m 2 ／g ，高者甚至达到7 2 0m 2 ／g ，属于高比表面积活性炭。此外，这类活性炭 孔容 即孔体积 均较大，在0 ．3 2 ．0 ．4 1c c ／g 之间，其微孔比较发达，平均孔径 均在2 ．2 ．2 ．6 r i m 范围内，微孔所占比例较高。 ‘ 2 对比图2 ．1 与2 ．2 可以看到，高温脱附对活性炭整体的孔分布影响相当 小，几乎没有什么变化。颗粒活性炭的表面分布着大量的微孔，中孔和大孔的数 量非常少，孔径分布几乎全部集中在2 r i m 以下。 3 比较1 、2 、3 三种不同材质的活性炭，在比表面积方面l 号活性炭具有 比较明显的优势，其孔体积也最大，由于在气相吸附中，无论吸附分子大小，基 本上存在微孔中，吸附容量在很大程度上取决于微孔的多少，因而l 号活性炭的 汞吸附能力，无论是比表面积因素还是孔容积因素，均好于2 、3 号活性炭。因 1 6 此，可以将1 号活性炭作为进行下一步实验的备选。 4 将活性炭经高温脱附处理后，与活性炭原样以及研磨后的活性炭比较， 从实验数据看出，高温处理使得颗粒活性炭的比表面积下降，并且孔容有所减少， 平均孔径有所增大．这些技术指标都表明，高温处理虽然能将活性炭表面的其它 杂质除掉，但是不利于增强活性炭本身对汞吸附能力。 5 过2 8 目筛与过3 2 目筛活性炭的比较，从表中实验数据可以看出，并非 颗粒直径越小其吸附能力越强，过2 8 目筛的活性炭的比表面积就高于过3 2 目筛 的活性炭，而且其孔容也高于后者。可见，过2 8 且筛粒径的活性炭颗粒比过3 2 目筛的活性炭颗粒从物理吸附参数方面来说其汞吸附的能力更强。 ． 6 通过以上不同材质以及不同粒径颗粒活性炭的比较可以得出，过2 8 日 筛的1 号颗粒活性炭是从不同原样以及经过初步表面处理后的各种样品中挑选 出的适宜于做为汞吸附剂的备选材料。至此，初步达到了的活性炭选材目的。 2 ．3 活性炭吸附汞的实验研究 2 ．3 ．1 颗粒活性炭空白汞含量测试 经M A ．2 0 0 0 全自动测汞仪测定，颗粒活性炭原样、高脱活性炭样品以及含 碘活性炭样品的汞含量如表2 - 4 实验数据说明作为吸附荆本体的活性炭，无论是原样、高脱样还是含碘活性 炭样品，其空白汞含量均不高。但为了达到更低的汞空白值以满足气态总汞的干 吸附剂测试方法的要求，本文选取l 号活性炭进行高温脱附，然后将经1 0 0 0 “ 3 高温脱附过的颗粒活性炭进行浸碘处理，制得含碘颗粒活性炭吸附剂。 表2 ．4 颗粒活性炭样品汞含量 样品名． 汞含量 m g ／k g 1 号 过2 8 目筛 0 ．0 0 2 3 I 号 过3 2 目筛 0 ．0 0 5 7 2 号 过2 8 目筛 0 ．0 0 2 5 2 号 过3 2 目筛 O ．0 0 5 0 I 号 过2 8 巨筛 高温脱附 0 ．0 0 0 5 l 号 过3 2 目筛 高温脱附 0 ．0 0 0 3 2 号 过2 8 目筛 高温脱附 0 ．0 0 0 5 2 号 过3 2 目筛 高温脱附 0 ．0 0 0 0 I 号 过2 8 目筛 高温脱附后浸碘 0 ．0 0 0 8 I 号 过3 2 目筛 高温脱附后浸碘 0 ．0 0 0 7 2 号 过2 8 目筛 高温脱附后浸碘 0 ．0 0 0 5 ’ 2 号 过3 2 目筛 高温脱附后浸碘 0 ．0 0 0 5 1 7 燃煤电厂汞排放测试及脱汞产物汞稳定性研究浙江大学硕士学位论文 2 ．3 ．2 颗粒活性炭的汞吸附实验 2 ．3 ．2 ．1 试验台构架 ’ 1 2 U l ，0 2 ；2 ，C 0 2 ；3 ，N 2 S 0 2 H C I N O 混合气体；4 ，1 , 1 2 i , 1 0 2 混合气体；5 ，高 纯N 2 平衡气体；6 ，高纯N 2 7 ，质量流量计；8 ，汞渗透管；9 ，模拟烟道；1 0 ， 固定床吸附装置；1 1 ，C E M ；1 2 ，笔记本电脑；1 3 固定床尾气处理装置。 图2 - 3 固定床吸附实验台 固定床吸附装置大致上可分为六个部分，如图2 - 3 。一是模拟烟气部分。模 拟烟气部分有两大块组成，一块是气体源，有7 种气体，高纯N 2 ，0 2 ，C 0 2 ，S 0 2 、 H C I ，N O 、N 0 2 。其中高纯N 2 ，0 2 ，C C h 三种气体称为基本气体；高纯1 4 2 分为 两路，～路作为平衡气体，一路作为汞渗透管的载气。模拟烟气的另一块是阀门 和质量流量计．这部分的主要作用是按照试验工况的要求，调节各气体流量，保 持稳定． 第二部分是汞发生装置，主要有数控超级恒温槽S C ．1 5 ，汞渗透管，石英U 型管和升降台四部分组成。所用的数控超级恒温槽S C ．1 5 是有宁波市海曙天恒仪 器厂生产的，该设备采用数字控制技术，温度采用数字设定。温控采用P I D 自 动控制，温度稳定速度快。汞渗透管是本试验台的主要设备之一，它是汞的发生 源，在一定温度和载气 N 2 的流量下能形成稳定的汞渗透率，不过稳定需要较 长的时间，一