燃煤煙氣中汞的脫除畢業論文-預覽頁

　

【正文】 ous environmental problem， this cause more and more people39。繪制了不同溫度，濃度的吸附劑的脫汞效率隨時間變化曲線。本文用廉價的天然礦物作為活性炭的替代品，主要研究凹凸棒石及其改性凹凸棒石對燃煤煙氣中汞脫除的影響。摘 要煤炭作為我國的主要能源這一現狀在很長時間內難以改變，大量的煤炭消耗帶來了嚴重的環境問題，從而引起越來越多人的關注。傳統的活性炭吸附劑價格昂貴，不能再生利用，無法達到理想的工業脫汞效果。主要研究了改性劑濃度，吸附劑溫度，改性試劑等對脫汞效率的影響。凹凸棒石與KMnO4比例在1:20，吸附劑溫度在140℃表現出最佳的脫汞效率，經KMnO4改性的凹凸棒石加入溴化銨后，脫汞效率沒有明顯上升，表明溴化銨對改性凹凸棒石的脫汞效率沒有促進作用。 Attapulgite 。 煤作為一次性能源的主要利用方式是燃燒，其燃燒產物會對環境造成嚴重的破壞。我國是世界第一產煤大國，煤炭長期以來在中國能源生產與消費結構中的比重一直在70 %左右，由于中國燃煤技術普遍落后，燃煤釋放的汞對生態環境的污染更為嚴重，已成為中國面臨的重要環境問題。以煤炭為主的能源結構模式在相當長一段時期內無法改變，導致由于煤炭燃燒所產生的汞污染問題也將日益嚴重。近年來，國家在汞控制研究方面投入了大量的人力和物力，相繼在國家高技術研究發展計劃項目(863)及國家重點基礎研究發展規劃項目(973)設立了多項課題，用于解決我國面臨的汞污染問題。 在燃煤過程中，煤中汞在高溫條件下以單質汞（Hg0）蒸氣的形式存在于煙氣中。單質汞一部分保持形態不變，另一部分與煙氣中的其他成分發生反應而變成化合物，氣態HgCl2被認是汞化合物的主要形態，氣相氯化汞和單質汞直接隨煙氣一起排出；還有一部分則被殘留的炭顆粒或具有特殊表面區域的飛灰吸附而形成顆粒態的汞。劉迎暉等[7]通過燃煤熱力分析發現：（1）當燃煤煙氣溫度降低時，在爐膛內汞會產生氧化反應，反應如下：Hg (g)+1/2O2(g)→HgO(g)但溫度較低時，其反應速率可能比較慢；（2）若煙氣中不含有氯元素情況下，煙氣中的氧化汞會隨著溫度進一步的降低而反應生成硫酸汞：HgO(g) + SO2(g) + 1/2O2 → HgSO4(s)此反應的為汞在較低溫度段的反應；（3）煙氣中存在氯元素時，氯化汞則為煙氣中汞的主要存在方式，而其生成的反應途徑主要為以下幾種方式：Hg (g)+2HCl(g) →HgCl2(g)+H2(g)HgO(g)+2HCl(g) →HgCl2(g)+H2O(g)4Hg(g)+4HCl(g) +O2(g) → 2Hg2Cl2(g)+2H2O(g)Hg(g)+Cl2(g) →Hg2Cl(g)2Hg(g)+Cl2(g) →HgCl(g)HgCl2(g) →Hg(g)+HgCl2(g)Hall 等通過研究汞在燃煤燃燒時的化學反應，發現元素態的汞可以與煙氣中的OHCl、Cl2等快速發生反應而生成 HgO和HgCl2；Hg0與 NO2也會發生反應，但是反應速率緩慢；未發現 Hg0與NHSO2和 H2S 三種氣體發生反應。當煙氣中同時存在酸性氣體（如HCl、SONO、NO2等）和飛灰時可以促進氧化反應的發生。對于燃煤電站，主要從以下幾個方面進行考慮：(1)煤中汞含量；（2）顆粒控制裝置的設計與使用（3）煙氣處理系統的設計和使用。總之，燃煤煙氣中主要以三種形態存在，分別為元素態Hg0、氧化態Hg2+（主要為(HgCl2)以及顆粒態汞Hgp [12]。近幾年，各國學者對汞的化學反應動力學開展了許多研究[15]，提出了一系列均相氧化反應機理，并利用過渡態理論估算了相應的反應動力學參數，用量子化學從頭計算MP2方法給出了Hg/O基元反應，但還缺少其它眾多氣體成分與汞之間的反應模型。燃燒后脫汞包括SCR脫硫脫硝裝置，除塵裝置包括一些袋式除塵器和電除塵器，濕法煙氣脫硫系統（WFGD），吸附劑吸附法等。 活性炭(AC)吸附劑具有較高的汞吸附效率 ，是目前研究最為廣泛的脫汞吸附劑. 活性炭對汞的吸附是一個多元化的過程，與吸附劑本身的物理性質、溫度、煙氣成分、停留時間和C/Hg比例等因素有關[18]。Uddin等[19]發現經SO2或H2SO4預處理后活性炭脫汞效率得到了顯著提高。晏乃強等[21]利用溴對活性炭進行處理，研究載溴活性炭對氣體中的Hg0的去除行為。飛灰對汞的吸附主要通過物理吸附、化學吸附、化學反應以及三者結合的方式。發現飛灰顆粒粒徑越小，比表面積越大，其吸附量趨于增加，飛灰含碳量與汞含量呈正相關關系，亞微米級顆粒物對汞的吸附與比表面積的利用率有關，在靜電除塵過程中飛灰的空隙結構在不斷地變化和發展，孔分布越寬，微孔越發達越有利于汞的吸附。含碳量高的飛灰以及較低溫度對汞的吸附是有利的，不同煤種的飛灰也有差別。2H2O）研究汞的脫除，發現鈣基類物質的脫除效率與燃煤或廢棄物燃燒的煙氣中汞存在的化學形態有很大關系。鈣基類物質容易獲取，而且價格低廉，同時是脫除煙氣中SO2的有效脫硫劑，如果能夠在除汞方面取得一定突破，那么將會在多種污染物同時脫除方面有重要意義，因而如何加強鈣基類物質對單質汞的脫除能力，成為實現同時脫硫脫汞的技術關鍵和研究熱點，目前主要從2個方面進行嘗試，一方面是增加鈣基類物質捕捉單質汞的活性區域；另一方面是往鈣基類物質中加入氧化性物質。1/2H2O）對Hg0的吸附作用大大增強。而Liu等[29]則合成了一種可再生Ag摻雜4A沸石吸附劑，經測試能夠脫除天然氣中98%的汞，并且經340176。如Physical Sciences ，且不受吸附溫度(130~200176。Mendioroz等[33]提出利用海泡石做汞吸附劑材料，結果表明在47176。加入酸性氣體會提高絲光沸石對汞的吸附速率，而在無酸性氣體時絲光沸石表現出氧化單質汞的能力。而另一種經氯化銅改性后MK10吸附劑則表現出對單質極佳的氧化能力[36]。礦石經熱活化之后可除去其中所含的一些有機雜質和層間水，疏通孔道。丁峰等[40]對四種礦石在不同溫度下進行活化并對其進行脫汞吸附實驗，其結果表明熱活化對礦石吸附劑吸附模擬煙氣中汞未產生影響。 酸和鹽溶液改性法 酸或鹽溶液改性是目前應用較為廣泛的一種化學改性方法，孫秀云等[43]對凹凸棒石進行了硫酸和NaCl鹽溶液的改性之后發現，酸改性之后，凹凸棒石的比表面積增大，且其對水中有機污染物的吸附不僅是表面吸附，還伴隨著離子交換和化學吸附；而鹽改性之后，在其硅氧四面體上Na+、Mg2+充當了負電荷作用，這些價位較低且半徑較大的離子由于與結構單元層之間作用力較弱而使得層間陽離子具有可交換性。 凹凸棒石又稱坡縷石（Palygorskite）或坡縷縞石，是一種具鏈層狀結構的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物。通道中充填沸石水和結晶水。并具有一定的可塑性及粘結力。懸浮液遇電介質不絮凝沉淀。主要物化性能和工藝性能有：陽離子可交換性、吸水性、吸附脫色性，大的比表面積（～36m2/g）以及膠質價和膨脹容，這些物化性能與蒙脫石相似。同時通過儀器進行表征檢測，結合表征數據簡要分析機理。2 實驗部分 本章主要介紹了在本實驗中用到的原料及相關的試劑，同時也介紹了相關的實驗儀器。加入攪拌子，在磁力攪拌器上攪拌，溫度設置在40℃左右，攪拌約2~3小時，直至溶液呈糊狀，結束攪拌。接下來的操作與（1）一樣，過篩出60~100目的顆粒保存。接下來的操作與（1）一樣，過篩出60~100目的顆粒保存。根據這個原理，將待測氣體通過已充填金絲的石英管，氣體中的汞被金絲捕集，然后在爐中將充填有金絲的已吸附汞的石英管加熱至所需高溫并通入氬氣。 （2）打開恒溫水浴鍋，并調整器溫度溫度以保證汞滲透管所產生汞蒸氣濃度，然后將載氣（N2）打開，并通過流量計調整實驗所需流量（總氣流量約 1L/min）。由于在吸附試驗中，初始汞濃度是一定的，因而當添加吸附后，汞濃度會有一定的下降，然后才逐漸升高。 實驗中研究了兩種方法改性，第一種用KMnO4改性，第二種用KMnO4，NH4Br改性。KMnO4，NH4Br改性的凹凸棒石不如只用KMnO4效果好，說明NH4Br對脫汞沒有促進作用，原因可能是NH4Br的引入減少了KMnO4的附著，有效地吸附位減少，同時也減少了比表面積，進而其脫汞效果下降。其原因在與當KMnO4含量較低時，負載量不足，造成其吸附效率不高，隨著其含量的增加，KMnO4負載量逐漸增加，其活性中心的數量也增加，促進Hg0氧化的量增大，因此脫汞效率也增大。(a) (KMnO4與Atp比例為1:10)在吸附溫度由100℃，提高到140℃過程中，凹凸棒石的脫汞效率由40%升到了70%。(b)中，在KMnO4與Atp比例為1:20時，也是在140℃效果較好。(2)吸附劑內部存在吸附汞的活性點位，而溫度的升高使得這些活性點位吸附汞的能力增強。圖 Atp樣品的吸附/脫附等溫線 根據IUPAC對吸附等溫線的分類，Atp樣品的吸附等溫線均屬于第V類型，其吸附量較大，從而使得其比表面積也較大。通常來說，對于硅酸鹽類礦石吸附劑來講，其比表面積越大越有利于吸附劑吸附，大比表面積的吸附劑，不但其含有的物理微孔多，而且在化學吸附中亦有利于反應活性位的裸露，從而對吸附更加有效，改性后比表面積數值減少是由于KMnO4的加入改變了Atp的表面結構。其中MnO2可以和Hg0發生氧化還原反應生成 Hg2MnO2，反應方程式如下2Hg0（g）+ MnO2 → Hg2MnO2 反應中錳離子從高價被還原成低價，Hg0則被氧化成 Hg+。（2）在140℃，相同比例KMnO4改性的Atp脫汞效率最高，這與其內部的活性位點有關，在此溫度，活性位點具有很高的活性，因此，在此溫度脫汞效率最好。 Technology， 2001， 35(18)： 37013706[19] Pavlish J H，Holmes M J，Benson S A，et al. Application of sorbents for mercury control for utilities burning lignite coal [J]. Fule Processing Technology，2004，85 (67)：563576[20] AKERSDJ，RALEIGHCE. The mechanisms footrace element removal during coal clean in［J］.Coal Preparation，1998，1（93 4）：257 269.[21] 劉志清，愛春。 Fuel，2008， 22(4): 2284~2289.[27] 高洪亮，周勁松，駱仲泱，等。新型吸附劑脫除煙氣中氣態汞的試驗研究[J]。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。焉得諼草，言樹之背，養育之恩，無以回報