複合型吸附劑對燃煤煙氣中汞的中溫脫除機制研究

《複合型吸附劑對燃煤煙氣中汞的中溫脫除機制研究》是依託大連理工大學,由李揚擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複合型吸附劑對燃煤煙氣中汞的中溫脫除機制研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李揚

項目摘要

煤炭綜合利用釋放的汞是最大的人為汞排放源。我國隨美國等已開發國家後也頒布了針對燃煤電廠的汞排放標準，控制煤利用過程中的汞排放已迫在眉睫。利用現有污染物控制設備實現汞及多種污染物的聯合脫除是目前主要的研究和發展方向。前期研究結果表明，再生紙工業生產過程中產生的礦物廢渣經過高溫有氧活化後，在200-900 ℃對單質汞有一定的吸附能力，但有關礦物組成及熱活化過程中的礦物演化、固體表面與氣態單質汞的非均相吸附機理等問題尚待進一步研究。本項目通過直接選取再生紙礦物廢渣或模擬配置類似組成的礦物吸附劑，並對上述兩類吸附劑進行改性，利用得到的一系列吸附劑進行中溫脫汞（200-750℃）及氣態汞和多種污染物的聯合脫除機理研究。本項目基於在實現低階煤的資源化利用的同時聯合脫除汞等有害污染元素的原則開展研究，通過實驗和模擬計算相結合的方法，闡明礦物演化與氣態汞吸附性能間的定量關係，研究汞—吸附劑—氣相組分之間多相、多組分反應競爭協同機制，為低階煤利用過程中的污染物一體化控制和固體廢棄資源化利用提供科學依據。

結題摘要

中國的能源供給嚴重依賴於煤炭，燃煤排放的汞污染日益嚴重，已成為汞排放量最大的國家，燃煤汞排放的控制亟需解決。本研究從廉價高效的角度出發，製備了多種複合礦物吸附劑。項目前期研究了以碳酸鈣、高嶺土和氧化鈣為載體負載錳氧化物的礦物吸附劑，在實驗室固定床反應器上對吸附劑的脫汞性能進行研究。實驗結果表明，錳鹽前驅體類型顯著影響脫汞性能，MnCl2改性吸附劑的脫汞性能優於Mn(NO3)2改性吸附劑，活性物質在吸附劑表面形貌不同是兩者吸附性能差異的主要原因；吸附劑經過高溫焙燒形成的MnOx和活性氯對Hg0有較強的吸附作用。通過實驗確定了吸附劑的最佳製備條件和最佳脫汞溫度視窗(300-400℃)，最高脫汞率達到90%以上。煙氣氣氛中4%的O2能有效的補充MnOx發生氧化反應過程中消耗的晶格氧，是維持高脫汞性能的關鍵。煙氣中微量的SO2和HCl對脫汞有一定的抑制作用，而NO對汞的脫除有一定的促進作用。吸附劑進行摻雜Fe改性後，抗硫性能得到了顯著的提高。在上述研究基礎上，以赤泥為吸附劑載體，通過酸化處理和負載CuOx製備得到脫汞吸附劑。研究表明，最佳的製備條件為：加酸量液固比為15，銅浸漬量為12 %，吸附劑的最佳反應溫度為250℃；10-20 ppm的HCl氣體可生成氯自由基促進Hg0的氧化，從而促進汞的脫除，且HCl濃度越大，促進作用越顯著；200-400 ppm的二氧化硫氣體可能與氣態汞存在競爭吸附，而抑制脫汞反應；NO的存在起到促進作用。通過對改性前後的吸附劑的XRD、TG/DTG分析確定主要活性物質是CuO。通過項目研究，闡明了汞—吸附劑—氣相組分之間反應競爭協同機制，為低階煤利用過程中的污染物一體化控制和固體廢棄資源化利用提供技術和基礎數據。在項目執行期間，培養碩士研究生7名。已在國外本學科主流刊物和重要國際會議發表論文12篇，國際會議分會報告5篇；申請權專利1項。